Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра теплоэнергетики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по изучению дисциплины «Механика жидкости и газа»
специальности 050717 - «Теплоэнергетика»
Павлодар
УТВЕРЖДАЮ
Декан ЭФ
___________
«___» ____200__г.
Составитель: профессор, канд. техн. наук ___________
Кафедра теплоэнергетики
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по изучению дисциплины «Механика жидкости и газа»
специальности 050717 - «Теплоэнергетика»
Рекомендованы на заседании кафедры от «__» ______200__г.
Протокол №__
Заведующий кафедрой ___________
Одобрены учебно-методическим советом энергетического факультета
«__» ________200__г. Протокол № __
Председатель УМС ________
Общие сведения
Дисциплина «Механика жидкости и газа» является общеобязательной дисциплиной, утверждённой Республиканским учебно-методическим советом (РУМС) высшего и послевузовского образования от 01.01.01 г для специальности 050717-Теплоэнергетика.
Цель преподавания дисциплины
Основная цель курса - изучение студентами основных закономерностей движения и равновесия несжимаемой и сжимаемой жидкостей, методики гидравлического и аэродинамических расчётов теплоэнергетического оборудования. Эти знания и навыки необходимы студентам, как для успешного изучения последующих курсов учебного плана, так и будущему инженеру в его практической деятельности.
Задачей изучения дисциплины является получение прочных знаний, в результате которых студент должен:
знать:
- основные законы гидростатики,
- основные законы кинематики жидкостей и газов,
- основные законы гидродинамики,
- методику расчёта гидравлических сопротивлений;
уметь:
- определять гидравлические потери,
- определять коэффициенты потерь расчётным и экспериментальным путями,
- определять скорость потока и расход жидкости.
Данные о дисциплине
Выписка из рабочего учебного плана специальности 050717-Теплоэнергетика
Форма обучения | Форма контроля | Всего стандарт. | Объём работы в | Распределение часов по курсам и семестрам (часов) | ||||||||||||||
часах | ||||||||||||||||||
экзамены | зачёты | КР | Контр. раб. | Общ. | Аудит. | СРСП | СРС | Лекции | Практ. | Лаб. Раб. | СРС | Лекции | Практ. | Лаб. Раб. | СРСп | СРС | ||
№ | ||||||||||||||||||
1. | очная на базе общ. средн. | 3 | 4 | 135 | 135 | 67,5 | 22,5 | 67,5 | 4 семестр | |||||||||
- | - | - | - | 30 | 15 | - | 22,5 | 67,5 | ||||||||||
2. | заочная на базе ОСО. | 3 | 5 | 5 | 135 | 135 | 30 | 105 | 5 семестр | 6 семестр | ||||||||
6 | 4 | 4 | - | 4 | 6 | 6 | - | 105 |
Перереквизиты: курс базируется на знаниях и умениях, приобретённых студентами при изучении курсов «Физика» (основы механики, основы молекулярной физики), «Термодинамика», «Высшая математика» (дифференциальное и интегральное исчисление функций нескольких переменных).
Содержание дисциплины
ТЕМАТИЧЕСКИЙ План ДИСЦИПЛИНЫ | |||||
Очная на базе общего среднего образования | |||||
№ п/п | Наименование темы | Количество часов | |||
лек. | прак. | СРСП | СРС | ||
1 | Введение. Основные физические свойства жидкостей и газов | 2 | 2 | 2 | 4 |
2 | Гидростатика | 4 | 2 | 2 | 8 |
3 | Основы кинематики | 2 | 2 | 4 | |
4 | Основные уравнения движения жидкости и газа | 4 | 2 | 10 | |
5 | Движение жидкости в трубах и гидравлический расчёт трубопроводов | 6 | 4 | 2 | 12 |
6 | Истечение жидкости из отверстий и насадков | 2 | 2 | 2 | 6 |
7 | Обтекание твёрдых тел. Пограничный слой | 1 | 2 | 6 | |
8 | Движение двухфазных потоков | 1 | 2 | 4 | |
9 | Затопленные струи | 2 | 2 | 4 | |
10 | Газовая динамика. | 8 | 5 | 4,5 | 9,5 |
Итого: | 30 | 15 | 22,5 | 67,5 |
заочная на базе общего среднего образования | ||||||
№п/п | Наименование темы | Количество часов | ||||
лек | прак | лаб | СРСП | СРС | ||
1 | Введение. Основные физические свойства жидкостей и газов | 1 | 1 | 2 | ||
2 | Гидростатика | 1 | 1 | 1 | ||
3 | Основы кинематики | 1 | ||||
4 | Основные уравнения движения жидкости и газа | 1 | 1 | 2 | ||
5 | Движение жидкости в трубах и гидравлический расчёт грубопроводов | 1 | 2 | 3 | ||
6 | Истечение жидкости из отверстий и насадков | 1 | 1 | |||
7 | Обтекание твёрдых тел. Пограничный слой | 1 | ||||
8 | Движение двухфазных потоков | 1 | ||||
9 | Затопленные струи | 1 | 1 | |||
10 | Газовая динамика. | 1 | 3 | 2 | ||
Итого: | 10 | 10 | 10 | 105 |
Содержание лекционных занятий
Тема 1. Введение
Предмет и метод механики жидкости и газа. Краткие исторические сведения. Определение понятия жидкости. Плотность. Сжимаемость. Вязкость жидкостей и закон вязкостного трения Ньютона. Идеальная жидкость. Силы, действующие в жидкости: массовые и поверхностные. Давление.
Материал темы позволяет понять предмет механики жидкости и газа, ознакомиться с основными физическими свойствами жидкостей и газов.
В результате изучения данной темы студенты должны:
Знать: специфику предмета механики жидкости и газа, силы, действующие в жидкости.
Уметь: определять плотность идеального газа в трубе при заданном давлении и температуре.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 1 - § 3].
Тема 2. Гидростатика
Напряжения в покоящейся жидкости. Дифференциальные уравнения гидростатики. Равновесие несжимаемой жидкости в поле сил тяготения. Силы давления на поверхности. Закон Архимеда.
Знать: основное уравнение гидростатики, закон Архимеда.
Уметь: определять абсолютное давление жидкости на глубине к.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 4 - §12].
Тема 3. Основы кинематики
Классификация режимов и видов движения жидкости. Линия и трубка тока. Анализ составляющих движения жидкой частицы. Вихревые линии и трубки. Свойства вихревых трубок. Понятие о потенциальном движении.
Знать: ламинарный и турбулентный режимы течения жидкости, виды движения жидкости.
Уметь: писать уравнения линии тока и траектории.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 19 - § 20].
Тема 4. Основные уравнения движения жидкости и газа
Уравнения расхода, неразрывности, энергии (Бернулли) и количества движения для трубки тока и для одномерных потоков. Дифференциальное уравнение неразрывности. Основные характеристики турбулентного движения. Критерии подобия. Моделирование процессов движения жидкости и газов
Знать: основное уравнение расхода, уравнение Бернулли для капельной жидкости и газа, критерии (числа) подобия Re, Eu, Sh, М = Ма.
Уметь: определять скорость в трубе переменного сечения по заданной скорости в другом сечении и известным диаметрам.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 21, § 15 - § 18,
§25, §37, §85, §86].
Тема 5. Движение жидкости в трубах и гидравлический расчёт трубопроводов
Гидравлическое сопротивление трубопроводов. Потеря давления при внезапном расширении и сужении потока. Ламинарное и турбулентное движение жидкости в круглой трубе. Профиль скоростей. Расход и средняя скорость. Коэффициент сопротивления трения. Влияние шероховатости на сопротивление труб. Потеря давления при постепенном расширении и сужении потока. Гидравлический удар в трубах. Классификация трубопроводов. Основные задачи расчёта простого трубопровода. Расчёт разветвлённых и параллельных трубопроводов
Знать: формулы расчёта коэффициента гидравлического трения X (по формуле Альтщуля), формулы Вейсбаха и Дарси-Вейсбаха для расчёта потерь на местном сопротивлении и по длине, формулы расчёта суммарных потерь в трубопроводе.
Уметь: определять потери напора (давления) по длине и на местном сопротивлении.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 36, § 38 - § 45 ].
Тема 6. Истечение жидкости из отверстий и насадков
Истечение жидкости из малого отверстия при постоянном напоре. Истечение через насадки.
Знать: формулы для расчёта коэффициентов скорости и расхода отверстия и насадков.
Уметь: определять скорость и расход при истечении, а также правильно выбирать насадок.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 79 - § 81] Тема 7. Обтекание твёрдых тел. Пограничный слой
Понятие о подъёмной и поперечных силах. Понятие о пограничном слое. Обтекание крыловидного профиля. Теорема . Понятие о решётке профилей.
Знать: Теорему Жуковского о подъёмной силе. .
Уметь: строить векторы сил, действующих на крыловидный профиль.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 67 - § 70, 4, гл. 7, §6].
Тема 8. Движение двухфазных потоков
Понятие о двухфазных потоках и их характеристиках. Взвешивающая (предельная) скорость. Скорость витания частиц в вертикальной трубе. Структуры газожидкостных смесей в трубах.
Иметь представления о двухфазных потоках.
Уметь: определять скорость витания твёрдой частицы в газовом потоке.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 78].
Тема 9. Свободные струи
Струйный пограничный слой. Классификация струй. Свободная турбулентная струя. Закон распределения скоростей. Закрученная струя.
Знать: структур струи.
Уметь: строить основные участки струи.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 33] Тема 10. Газовая динамика
Сжимаемость газов при больших скоростях движения. Основные уравнения одномерного движения газов. Слабые и сильные возмущения в газовой среде. Скачки уплотнения. Измерение параметров газа в скачках. Истечение газа и пара из сопла Лаваля. Критическая скорость.
Знать: формулы для расчёта скорости и массового расхода при истечении газа из ресивера через сужающееся сопло и сопло Лаваля, а также критической скорости истечения.
Уметь: определять скорость истечения и расход по заданным параметрам газа в ресивере и в окружающей среде.
Перечень используемой литературы по данной теме: [1, § 84].
Литература Основная
1 Альтшуль и аэродинамика: Учебник для ВУЗов. М.:
Стройиздат, 19с: ил.
2 . , Рындина указания к
выполнению лабораторных, работ по дисциплине «Механика жидкости и газа»
для студентов теплоэнергетических специальностей. Павлодар: 111 У, 2002.-56 с.
Дополнительная:
3 , Зарянкин . М: Энергоатомиздат,
1984.-384 с: ил.
4 Емцев гидромеханика: Учебник для ВУЗов по специальности "Гидравлические машины и средства автоматики". М.: Машиностроение, 19с: ил.
5 Повх гидромеханика. М.: Машиностроение, 1976.-502 с: ил.
6 , Макушев ЮЛ. Гидромеханика и газовая динамика: Методические указания к лабораторным работам по специальности 0308. Алма-Ата: УМК, 19с: ил.
7 , Рындина жидкости и газа (методические
указания к курсовой работе для студентов специальностей 2201 «Тепловые
электрические станции», 2202 «Технология воды и топлива», 2204
«Промышленная теплоэнергетика»). Павлодар: Павлодарский
государственный университет им. С. Торайгырова, 20С: ил.
