МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЦП МЭИ - Фесто _________________________________________________

Направление подготовки: 220400 Управление в технических системах

Профили подготовки: Управление и информатика в технических системах

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА»

Цикл:

Математический и

естественно-научный

Часть цикла:

вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

ЦП МЭИ-Фесто; Б2.9

Часов (всего) по учебному плану:

300

Трудоемкость в зачетных единицах:

11

5 семестр – 6

6 семестр – 5

Лекции

66 час

5 семестр – 36 часов

6 семестр – 30 часов

Практические занятия

33 часа

5 семестр – 18 часов

6 семестр – 15 часов

Лабораторные работы

33 часа

5 семестр – 18 часов

6 семестр – 15 часов

Расчетные задания, рефераты

40 часов самостоят. работы

5 , 6 семестры

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

168 часов

Экзамены

5, 6 семестры

Курсовые проекты (работы)

-

-

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является усвоение студентами важнейших физических законов движения жидкостей и газов. По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  понимать естественнонаучную сущность процессов, определяющих функционирование систем гидро-пневмоавтоматики, использовать для их описания соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

·  способностью владеть основными приемами обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

Задачами дисциплины являются:

·  приобретение теоретических знаний по механике жидкостей и газов, необходимых для изучения дисциплин профильной подготовки;

·  приобретение студентами навыков решения прикладных гидравлических задач;

·  знакомство с экспериментальными способами измерения параметров состояния жидкости и характеристик потока.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю: «Управление и информатика в технических системах» направления 220400 Управление в технических системах. Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Алгебра и аналитическая геометрия», «Математический анализ», «Инженерная графика», «Информатика», «Физика», «Химия», «Прикладная механика», «Теоретическая механика».

Знания, полученные в результате освоения дисциплины, необходимы при изучении дисциплин «Элементы гидроавтоматики», «Элементы пневмоавтоматики», «Системы гидроавтоматики», «Системы пневмоавтоматики», «Робототехника», а также при освоении программы магистерской подготовки.

.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В итоге после освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  фундаментальные физические законы движения жидкостей и газов; различные модели реальных потоков жидкостей и газов; уравнения движения для этих моделей и методы их решений;

Уметь:

·  использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования течений жидкости и газа (ОК-10);

·  выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-2);

·  выполнять эксперименты на действующих объектах по заданным методикам и обрабатывать результаты с применением современных информационных технологий и технических средств (ПК-19);

·  использовать технические средства для измерения основных параметров потоков жидкости и газа;

·  выбирать модель реального потока жидкости и газа; составлять и решать соответствующие выбранной модели уравнения движения.

Владеть практическими навыками:

·  выполнения численных и экспериментальных исследований, обработки и представления экспериментальных данных (ПК-5);

·  организации работы малых групп исполнителей (ПК-23);

·  использования специализированных знаний фундаментальных разделов физики, химии, экологии для освоения основ рабочих процессов, протекающих в гидравлических и пневматических системах автоматизации, управления;

·  применения полученных теоретических и практических знаний для решения прикладных задач механики жидкости и газа, расчетов течений жидкостей и газов в элементах гидро - пневмоавтоматики;

·  использования методов моделирования реальных процессов в системах автоматического и автоматизированного управления.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц 300 часов.

5 семестр

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Основные физические свойства жидкостей и газов.

19

5

3

4

4

8

Тест на понимание основных свойств жидкостей и газов

2

Кинематика жидкости.

21

5

5

4

2

10

Тест на понимание тензора скоростей деформации

3

Напряженное состояние жидкой среды.

Гидростатика.

35

5

7

8

2

18

Подготовка расчетного задания

Контрольная работа

4

Общие уравнения и законы динамики вязкой жидкости.

12

5

2

2

8

Тест: характеристики турбулентного потока

5

Модель идеальной жидкости.

14

5

2

2

2

8

Решение задач

6

Основы теории подобия гидромеханических процессов.

6

5

2

2

2

Тест на понимание основных критериев подобия

7

Одномерные течения вязкой жидкости.

49

5

9

10

8

22

Подготовка расчетного задания

Контрольная работа

8

Пограничный слой.

11

5

3

2

6

Решение задач

9

Одномерные газовые течения.

11

5

3

2

6

Тест: характеристики газового потока

Зачет

2

5

--

--

--

2

Презентация и защита реферата

Экзамен

36

5

--

--

--

36

устный

Итого:

180

36

18

18

108

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

6 семестр

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Неустановившееся движение жидкости

12

6

4

2

4

2

Тест на понимание основных уравнений неустановившегося движения

2

Потенциальные течения.

18

6

4

4

6

4

Решение задач

3

Пространственные потенциальные течения

6

6

2

-

-

4

Подготовка расчетного задания

Контрольная работа

4

Неустановившееся движение тела в невязкой жидкости.

6

6

2

2

-

2

5

Общие свойства вязких течений. Точные решения уравнений Навье-Стокса

14

6

6

4

4

Решение задач

6

Приближенные методы решения уравнений гидродинамической теории смазки

8

6

4

-

-

4

Решение задач Контрольная работа

7

Пограничный слой

10

6

4

2

-

4

8

Силы воздействия потока вязкой жидкости на обтекаемое тело

14

6

4

1

5

4

Тест: Составляющие силы сопротивления

Зачет

2

6

--

--

--

2

Экзамен

30

6

--

--

--

30

устный

Итого:

120

6

30

15

15

60

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции

5 семестр

1. Основные физические свойства жидкостей и газов

Текучесть, вязкость, сжимаемость. Коэффициенты вязкости. Различие механики жидкости и механики газа. Ньютоновские и реологические жидкости. Режимы течения. Число Рейнольдса, его физический смысл. Модели жидкой среды.

2. Кинематика жидкости

Методы описания движения жидкости. Линии и трубки тока. Расход жидкости. Уравнение неразрывности. Сложное движение жидкой частицы. Тензор скоростей дефоpмаций. Вихревое движение; вихревые линии и трубки. Безвихревое движение; потенциал скорости. Плоские течения; функция тока. Гидродинамическая сетка для плоского потенциального течения.

3. Напряженное состояние жидкой сред. Гидростатика

Напряженное состояние жидкой среды. Силы, действующие в жидкости. Свойства

напряжений поверхностных сил. Тензор напряжений. Уравнения движения жидкости в напряжениях. Уравнения Эйлера. Основная формула гидростатики. Относительный покой жидкости. Силы давления жидкости на твердые плоские и криволинейные поверхности.

4. Общие уравнения и законы динамики вязкой жидкости

Обобщенная гипотеза Ньютона. Уравнения Навье-Стокса для вязкой жидкости. Уравнение Бернулли для струйки вязкой несжимаемой жидкости. Течения идеальной жидкости; частные случаи. Уравнение Бернулли для газа при адиабатном процессе Уравнение количества движения и момента количества движения. Основы теории подобия гидромеханических процессов. Критерии и числа подобия, их роль и физический смысл.

5. Одномерные течения вязкой жидкости

Одномерная модель реального потока. Уравнение Бернулли для потока вязкой несжимаемой жидкости. Гидравлические сопротивления. Потери по длине. Основная формула равномерного движения. Коэффициент гидpавлического трения для тpуб с искусственной и естественной шеpоховатостью. Ламинарное течение вязкой жидкости в круглой цилиндрической трубе. Турбулентные течения вязкой жидкости; гипотезы о турбулентных напряжениях. Гипотеза Прандтля. Турбулентное течение жидкости в трубах.. Местные гидравлические сопротивления. Истечение из отверстий, насадков. Расчет простых трубопроводов. Расчет сложных трубопроводов. Силовое взаимодействие потока жидкости и твердой поверхности; воздействие свободной струи на криволинейную и плоскую преграду. Основное уравнение лопастных гидромашин.

6. Одномерные газовые течения

Основные термодинамические соотношения. Уравнение Бернулли для адиабатного процесса. Параметры торможения, критические параметры, скорость звука. Изоэнтропические формулы. Газодинамические функции. Изменение параметров газа при течении в трубе переменного сечения. Истечение газа из резервуара. Прямой скачок уплотнения. Ударная адиабата. Общие условия перехода газового потока через критическое состояние.

6 семестр

1. Неустановившееся движение жидкости

Нестационарное одномерное течение жидкости. Инерционный напор. Истечение при переменном напоре. Большие ускорения и гидравлический удар в цилиндрических трубах. Дифференциальные уравнения гидравлического удара. Прямой гидравлический удар. Формула Жуковского. Непрямой удар. Цепные уравнения.

2. Потенциальные течения.

Общие свойства потенциальных течений. Плоские потенциальные потоки. Применение функций комплексного переменного. Простейшие плоские потенциальные потоки. Обтекание круглого цилиндра потенциальным потоком безциркуляционное и при наличии циркуляции. Теорема Жуковского о подъемной силе. Метод конформных отображений. Обтекание пластины. Постановка общей задачи об обтекании крылового профиля. Общие сведения о методах особенностей.

3. Пространственные потенциальные течения

Операторы поля в криволинейных операторах. Простейшие пространственные безвихревые течения. Обтекание сферы.

4. Неустановившееся движение тела в невязкой жидкости

Присоединенная масса. Инерционное сопротивление.

5. Общие свойства вязких течений.

Точные решения уравнений Навье-Стокса

Ламинарное установившееся течение между параллельными плоскостями. Ламинарные течения в цилиндрических и призматических трубах. Течение между соосными вращающимися цилиндрами.

6. Приближенные методы решения уравнений гидродинамической теории смазки

Приближенные уравнения для малых чисел Рейнольдса. Плоские ползущие течения. Уравнения Рейнольдса для смазочного слоя. Плоский клиновидный слой смазки. Основы теории цилиндрического подшипника скольжения

7. Пограничный слой.

Ламинарный пограничный слой. Уравнения Прандтля. Способы решения уравнений ламинарного пограничного слоя. Интегральные соотношения пограничного слоя, методы их решения. Отрыв пограничного слоя, сущность явления, условия возникновения отрыва. Расчет турбулентного пограничного слоя на пластине.

8. Силы воздействия потока вязкой жидкости на обтекаемое тело

Составляющие силы сопротивления и подъемные силы. Кавитация.

4.2.2. Практические занятия

5 семестр

1.  Кинематика жидкости.

2.  Гидростатика. Давление в точке.

3.  Определение сил давления на плоские стенки.

4.  Определение сил давления на криволинейные стенки.

5.  Контрольная работа.

6.  Уравнение Бернулли: местные гидравлические сопротивления, потери по длине.

7.  Расчет простых трубопроводов.

8.  Контрольная работа

9.  Зачет.

6 семестр

1.  Одномерное неустановившееся движение.

2.  Истечение при переменном напоре.

3.  Гидравлический удар.

4.  Простейшие потенциальные потоки.

5.  Комплексный потенциал. Конформное отображение.

6.  Интегрирование уравнений Навье-Стокса.

7.  Пограничный слой.

8.  Зачет.

4.2.3. Лабораторные работы

5 семестр

1.  Техника измерений гидромеханических величин.

2.  Измерение гидростатических давлений.

3.  Исследование смены режимов течения.

4.  Определение степени турбулентности потока.

5.  Построение диаграммы уравнения Бернулли. Определение коэффициентов кинетической энергии и количества движения.

6.  Гидравлическое сопротивление по длине трубопровода круглого сечения.

7.  Определение коэффициента местного сопротивления при внезапном осесимметричном расширении трубопровода

8.  Обтекание круглого цилиндра плоским потенциальным потоком. Электрогидродинамическая аналогия.

9.  Зачет.

6 семестр

1.  Истечение при переменном напоре.

2.  Обтекание круглого цилиндра плоским потенциальным потоком. Электрогидродинамическая аналогия.

3.  Обтекание цилиндра воздушным потоком.

4.  Обтекание профиля плоским потенциальным потоком.

5.  Обтекание профиля воздушным потоком.

6.  Силовое воздействие струи на преграду.

7.  Зачет.

Описания лабораторных работ и бланки протоколов находятся на сайте кафедры Гидромеханики и гидравлических машин: http://ggm. *****/stud. html

4.3. Расчетные задания

Расчетные задания включают набор индивидуальных задач по темам:

5 семестр

1.  Давление в покоящейся жидкости.

2.  Силы давления покоящейся жидкости на плоские стенки.

3.  Силы давления покоящейся жидкости на криволинейные стенки.

4.  Истечение жидкости через отверстия и насадки.

5.  Местные гидравлические сопротивления.

6.  Расчет простых трубопроводов.

6 семестр

1.  Неустановившееся движение.

2.  Истечение при переменном напоре.

3.  Исследование обтекания тела потенциальным потоком.

4.  Расчеты вязких течений.

5.  Силы взаимодействия потока и конструкции. Расчет простых трубопроводов.

6.  Пограничный слой.

4.4. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов.

Практические занятия включают решение задач по всем темам курса, написание контрольных работ.

Лабораторные работы. Физические эксперименты по темам п. 4.3 выполняются на универсальных стендах, разработанных на кафедре Гидромеханики и гидромашин МЭИ(ТУ).

При обработке экспериментов студенты используют сервисные компьютерные программы MathCAD, MathLab, а также программные продукты кафедры Гидромеханики и гидромашин по некоторым работам. Все необходимые программные продукты установлены в вычислительной лаборатории кафедры Гидромеханики и гидромашин.

Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, лабораторным работам, контрольным работам, оформление отчетов по лабораторным работам, подготовку и защиту лабораторных работ, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются: тесты перед лабораторными работами, устный опрос, контрольные работы, защита расчетного задания, защита каждой выполненной лабораторной работы.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за зачет определяется как среднеарифметическая оценок за защиты лабораторных работ, расчетного задания и выполнение контрольной работы.

Оценка за освоение дисциплины, выносимая в приложение к диплому, определяется как оценка за экзамен.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  Емцев гидромеханика: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987.

2.  Кудинов гидромеханика: учеб. пособ. М.: Машиностроение, 2008.

3.  Лойцянский жидкости и газа: Учебник для вузов. – 7-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2003.

4.  , , Рябинин : Учебник для вузов. – М.: Из-во МГТУ им. , 2002.

5.  Шейпак и гидропневмопривод. Учебник для вузов. 4.1. Основы механики жидкости и газа. 5-е изд., перераб., доп. – М.: МГИУ. 2006.

б) дополнительная литература:

1.  Емцев газовой динамики. Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ.1999.

2.  Сборник задач по машиностроительной гидравлике. Учеб. пособие для машиностроительных вузов / , , и др. Под. ред. , . – 5-е изд., стереотипное. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2002 г.

3.  , , Филатов практикум по курсу «Механика жидкости и газа». Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ. 2007.

4.  Учебный курс гидравлики. Пособие по гидравлике. Изд-во «Маннесманн Рексрот ГмбХ».

5.  Гидравлические средства автоматики. Учебное пособие. Изд-во: «Фесто–Дидактик КГ». 1988.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

Презентации в среде PowerPoint по темам: «Вычислительные методы в МЖГ», «Обзорная лекция по МЖГ».

7.  МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для освоения дисциплины используется мультимедийный класс, оборудованный средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов, слайдов.

Для проведения лабораторных работ должны использоваться учебные стенды.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 220400 «Управление в технических системах» и профилю «Управление и информатика в технических системах»».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к. т.н., доцент

"СОГЛАСОВАНО":

Директор ЦП МЭИ-Фесто д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Гидромеханики и гидравлических машин

им. к. т.н., доцент