Введение

Введение

Рабочая учебная программа (Syllabus) – основной учебно-методический документ, включающий в себя описание изучаемой дисциплины, цели и задачи дисциплины, краткое ее содержание, темы и продолжительность каждого занятия, задания самостоятельной работы, время консультации, требования преподавателя, критерии оценки, контрольно-измерительных средств и список литературы.

Рабочая программа Syllabus – основной нормативный документ, который выдается студенту в начале каждого академического периода.

Цели и задачи дисциплины

В настоящее время «Гидравлика» является общетехнической дисциплиной. В современной промышленности нет области, где не приводится гидравлические расчеты процессов, устройств и механизмов. И поэтому она читается практически во всех технических вузах. Законы гидравлики изучаются и используются даже в таких далеких от нее областях, как биология, медицина и т. д. Гидравлика может в основе ряда перспективных направлений технического процесса.

Особое значение гидромеханика (гидравлика) имеет для нефтяной и газовой промышленности, так как все ее процессы, начиная от бурения разведочных скважин и заканчивая транспортировкой готовой продукции потребителю, связаны с перемещением и хранением жидкости. Для того, чтобы хорошо понимать работу этих систем, грамотно их эксплуатировать, уметь устанавливать причины неисправностей и назначить пути их устранения, а тем более для того, чтобы проектировать и рассчитывать эти системы, нужно иметь соответствующую подготовку в области технической гидромеханики. Отсюда с целью преподавания дисциплины является подготовка специалистов для проектно-конструкторской, исследовательской и производственной деятельности в области создания, совершенствования и эксплуатации систем и механизмов, связанных так или иначе с движением и хранением жидкости. В результате изучения курса «Общая гидравлика» студенты должны овладеть ее методами в той степени, которая достаточна для решения не только инженерных задач, но и для чтения современной научной и технической литературы.

Пререквизиты

Для изучения дисциплины необходимо знание основных разделов высшей математики, физики и теоретической механики. Эти дисциплины дают возможность получать основные, принципиальные законы и формулы гидравлики. Теоретические решения часто корректируются введением коэффициентов, полученных опытным путем в лабораториях или при эксплуатации построенных объектов.

При изучении материала по учебнику студент должен особое внимание обратить на углубленную проработку основных положений темы, используя для этой цели методические указания, основное предназначение которых – облегчить студенту работу с книгой.

Постреквизиты

В результате изучения дисциплины «Общая гидравлика» будущий специалист должен знать: – основные физико-механические свойство жидкого тела; – основные законы равновесия жидкости (гидростатика); – основные законы кинематики и динамики движения жидкости; – принципы гидравлического расчета трубопроводов. Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины, будут использоваться студентом при изучении таких дисциплин как «Насосы и компрессоры» и «Трубопроводный транспорт».

Система оценки знаний студентов

Контроль и оценка знаний по кредитной технологии обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского Национального технического университета имени применяется рейтинговый контроль знаний студентов.

Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий учебный план специальности, оценивается по 100-бальной шкале независимо от итогового контроля.

Для дисциплины «Общая гидравлика» устанавливаются, согласно рабочей программы, следующие виды контроля: текущий контроль (контрольные работы, семестровые работы). рубежный контроль (коллоквиум в тестовой форме) и итоговый контроль (экзамены в устной форме) (таб.1).

Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

Таблица 1

Вид итогового контроля	Виды контроля	%
Экзамены	Итоговый контроль (экзамен)	100
Рубежный контроль	100
Текущий контроль	100

Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определяться календарным графиком учебного процесса по дисциплине (таб.2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины.

Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине

«Общая гидравлика»

Таблица 2

Недели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Виды контроля		Ср	Ср	К1	Ср	РК1	Ср	К2	Ср	Ср	К3	Ср	РК2	Ср	СР
Балл		1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Итого: 14
Виды контроля: К – контрольная работа (три); Ср – самостоятельная работа (восемь); СР – семестровая работа (одна); РК – рубежный контроль (два).

Дисциплина «Общая гидравлика» делится на три модуля. Первый модуль, в него входят основные физические свойства жидкости и гидростатика, по ней студентом выполняется первая контрольная и сдается первый рубежный контроль. Второй модуль охватывается уравнение Бернулли, гидравлические сопротивления и истечение жидкости через отверстия, насадки, дроссели и клапаны. По этому модулю студент выполняет две контрольные и сдает второй рубежный контроль. И, наконец, третий модуль посвящен гидравлическому расчету трубопроводов, по ней выполняется семестровая виде расчетно-графической работы, которую в объеме этого модуля студент защищает. Студент допускается к сдачи итогового контроля при наличии суммарного рейтинга ≥ 50%. Итоговый контроль считается сданным в случае набора ≥ 50%. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таб.3).

Оценка знаний студентов

Оценка	Буквенный эквивалент	В процентах %	В баллах
Отлично	А	95-100	4
А-	90-94	3,67
Хорошо	В+	85-89	3,33
В	80-84	3,0
В-	75-79	2,67
Удовлетворительно	С+	70-74	2,33
С	65-69	2,0
С-	60-64	1,67
D+	55-59	1,33
D	50-54	1,0
Неудовлетворительно	F	0-49	0

Содержание дисциплины

Тематический план курса представлен в виде таблицы (4), где указываются наименование темы и количество академических часов по видам занятий, предусмотренных для каждой темы. По выбранным видом занятиям составляется график их проведения (таб.5).

Распределение часов по видам занятий

Таблица 4

№	Наименование темы и ее краткое содержание	Количество академических часов
Лекция	Практические занятия	СРСП	СРС
1	2	3	4	5	6
1	Тема 1. «Цели и задачи изучения дисциплины. Жидкость и ее основные физические свойства». Историческое развитие механики жидкостей. Предмет гидравлики. Определение жидкости. Сжимаемость. Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость.	2	1	3	3
2	Тема 2. «Силы, действующие в жидкости. Давление в точке покоящейся жидкости и его свойства». Массовые (объемные) и поверхностные силы, понятие единичных сил и их характеристики. Понятие гидростатического давления и доказательство его второго свойства.	2	1	3	3
3	Тема 3. «Дифференциальное уравнение равновесия жидкости Эйлера. Дифференциальное уравнение поверхности равного давления». Дифференциальное уравнение равновесия жидкости выводится для элементарного объема жидкости. Получают уравнение свободной поверхности жидкости в равномерном вращающемся цилиндрическом сосуде.	2	1	3	3
4	Тема 4. «Основное уравнение гидростатики. Сила давления жидкости на плоскую стенку». Вывод основного уравнения гидростатики. Понятие избыточного давления и вакуума.. Эпюры давления. Вывод формулы, определяющую модуль силы давления. Определение координаты центра давления. Гидравлический парадокс.	2	1	3	3
5	Тема 5. «Силы давления жидкости на криволинейную стенку. Тело давления. Закон Архимеда». Определение взаимноперпендикулярных составляющих силы давления жидкости на криволинейную стенку. Определение и построение объема тело давления. Следствия формулирующие закон Архимеда.	2	1	3	3
6	Тема 6. «Основы кинематики жидкости». Способы описания движения. Виды движения. Поступательное движение. Линии тока и элементарные струйки. Потоки. Гидравлические элементы потока. Уравнение неразрывности.	2	1	3	3
7	Тема 7. «Основы гидродинамики». Дифференциальные уравнения движения и баланса энергии для невязкой жидкости. Энергетический и гидравлический смысл уравнения Бернулли для элементарной струйки невязкой жидкости.	2	1	3	3
8	Тема 8. «Уравнение Бернулли для элементарной струйки и потока вязкой жидкости». Рассеивание энергии, потери напора. Поправочный коэффициент и скоростному напору, определяемому по средней скорости. Мощность потока.	2	1	3	3
9	Тема 9. «Гидравлические сопротивления. Режимы движения». Общие сведения о потерях напора. Опыты Рейнольдса. Ламинарный режим движения жидкости и его закономерности. Турбулентный режим движения жидкости и его закономерности.	2	1	3	3
10	Тема 10. «Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном и переменном напорах». Методика вывода основные формул, определяющих среднюю скорость и расход жидкости, а так же сопутствующих коэффициентов . Определение времени истечение жидкости из резервуара.	2	1	3	3
11	Тема 11. «Истечение жидкости через насадки и большое боковое отверстие». Дается определение насадкам и рассматриваются различные конструкции насадков и их коэффициенты. Водосливы их назначение и практическое применение.	2	1	3	3
12	Тема 12. «Расчет простого короткого трубопровода. Напорная характеристика насосной установки». Общие сведения о движении жидкости в трубопроводах и их классификация. Обобщенные параметры расчета трубопровода и их напорные характеристики. Определение потребного напора насосной установки и ее структура.	2	1	3	3
13	Тема 13. «Основы технико-экономического расчета простых трубопроводов. Расчет сложных трубопроводов». Представлена методика определения наиболее экономичного диаметра трубопровода. Расчет трубопровода с последовательным и параллельным соединением ветвей. Аналитический и графический методы расчета сложного трубопровода.	2	1	3	3
14	Тема 14. «Расчет трубопроводов с концевой раздачей и путевым расходам жидкости». Рассматриваются аналитический и графический методы решения задачи «О трех резервуарах», а также универсальность этой задачи. Определение эквивалентного расхода на конце трубопровода с путевой раздачей жидкости.	2	1	3	3
15	Тема 15. «Гидравлический удар в трубопроводах. Воздействие струи на твердые преграды». Дается механизм прямого и непрямого гидравлического удара и анализ формулы Жуковского максимально-эффективного воздействия струи и преградой (лопатками турбины).	2	1	3	3
	Всего часов	30	15	45	45

Практические занятия

№	Наименование темы и ее краткое содержание	Часы
1	Тема 1. «Решение задач и упражнений на свойства сжимаемость и вязкость жидкости». Определяется по соответствующим формулам величина изменения объема жидкости при известных коэффициентах температурного расширения и объемного сжатия. Используется формула Ньютона о жидкостном трении для определения сил трения и касательных напряжений.	1
2	Тема 2. «Решение задач по определению сил жидкостного трения и касательных напряжений». Используя формулу, определяющую силу жидкостного трения, по заданным условиям рассчитывают такие кинематические параметры как скорость, частота вращения и градиент скорости.	1
3	Тема 3. «Напряженное состояние покоящейся жидкости. Решения задач на относительный покой жидкости». С использованием продольных и касательных частных производных выводится тензор напряжений, характеризующий напряженно-деформированное состояние частицы жидкости. Задачи решаются с использованием уравнений поверхностей равного давления.	1
4	Тема 4. «Аналитический и графоаналитический методы определения силы давления жидкости на плоскую поверхность». При графоаналитическом методе строят эпюры давления, выражающие закон распределения давления на контур тела, погруженного в жидкость. Сила давления равняется объему пространственной эпюры, а ее вектор проходит через центр тяжести этой эпюры.	1
5	Тема 5. «Решение задач на определение вертикальной составляющей силы давления жидкости на криволинейную поверхность». Горизонтальные составляющие силы давления жидкости на криволинейную поверхность вычисляют как силы давления на плоскую поверхность, равную проекции данной криволинейной поверхности на соответствующую вертикальную плоскость. Для определения вертикальной составляющей строятся тела давления.	1
6	Тема 6. «Определения основных гидравлических элементов патока. Решение задач с применением уравнения неразрывности». По соответствующим формулам определяются основные элементы патока как живое сечение, гидравлический радиус, расход и средняя скорость для установившегося движения. Уравнения постоянства массового и объемного расходов используются только для установившегося движения жидкости.	1
7	Тема 7. «Определение мощности патока, обладающего различной удельной энергией». На основе уравнений баланса удельных энергий невязкой жидкости определяются мощности патоков сжимаемых и несжимаемых газов и жидкостей.	1
8	Тема 8. «Решение упражнений и задач с применением уравнения Бернулли». При решении практических задач для установившегося движения несжимаемой жидкости вместе с уравнением Бернулли применяется и уравнение постоянства расхода, т. е. равенства расхода во всех сечениях установившегося патока.	1
9	Тема 9. «Определение потерь напора в местных сопротивлениях и по длине различных режимах движения жидкости». Задачи данного раздела рассчитаны на применение уравнения Бернулли для патока реальной жидкости с учетом гидравлических потерь напора и неравномерности распределения скоростей по живому сечению.	1
10	Тема 10. «Решение задач на истечение жидкости через отверстия, насадки, дроссели и клапаны». При истечении жидкости, через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре определяются средняя скорость и расход либо коэффициенты сжатия, скорости и расхода. Приводятся расчеты истечения жидкости через цилиндрические насадки различной формы.	1
11	Тема 11. «Решение задач на истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном и переменном напорах» При истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре вычисляется коэффициент сопротивления отверстия. А при переменном напоре определяют время истечение жидкости определенного объема из резервуара.	1
12	Тема 12. «Расчет простого короткого трубопровода» Решаются два типа задач аналитические и графоаналитические. С целью первых задач является определение, при известных расходах, потерь напор, а во вторых – определение, при известных напорах, расходов. Приводится пример решения задачи о трех резервуарах.	1
13	Тема13. «Примеры технико-экономического расчета» По исходным данным проводят определение нивыгоднейшего диаметра трубопровода и его технико-экономические показатели. Затем по минимальным приведенным затратам вычисляют оптимальные параметры такого трубопровода.	1
14	Тема14. « Графоаналитический метод расчета сложного трубопровода с концевой раздачей жидкости». По исходным данным, таким как расход жидкости, диаметр и длина трубопровода определяют суммарные потери напора в сложном трубопроводе с последовательно и параллельно соединенными ветвями.	1
15	Тема 15. «Определения значения ударного повышения давления в трубопроводе при прямом и непрямом гидравлическом ударе (проверка формулы Жуковского). Определение мощности, передаваемой струей Лопатке». По исходным данным, таким как расход жидкости, диаметр и длина трубопровода, по классической формуле Жуковского рассчитывают скорость распространения деформационной волны, затем величину ударного повышения давления в трубопроводе при прямом и непрямом гидравлическом ударе.	1
Всего	15ч.

Самостоятельная работа студентов СРС – 45 ч.

1. Предмет гидравлики. Краткая история развития гидравлики. Применение и значение гидравлики в современном машиностроении. Перспективы ее развития.

2. Рассмотреть вопросы распределения давления в покоящейся жидкости, определния величины, направления и точки приложения силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности.

3. Силовой и энергетический методы вывода системы дифференциальных уравнений Эйлера. Поверхности равного давления при относительном равновесии жидкости.

4. Свободная поверхность жидкости. Закон Паскаля. Графический метод определения модуля силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности.

5. Графоаналитический метод определения сил давления жидкости на сложные поверхности. Построения объема «Тело давления» при определении вертикальной составляющей силы движения жидкости на криволинейную поверхность.

6. Система дифференциальных уравнений движения невязкой жидкости Эйлера. Кинематический смысл частных производных уравнения движения.

7. Рассмотрения геометрического смысла уравнения Бернулли и методика выбора плоскости сравнения.

8. Виды удельных энергий используемых в механике жидкого тела и их размерности, а также условия применения.

9. Закон гидравлического сопротивления при ламинарном движении жидкости. Структура турбулентного патока.

10. Определение коэффициентов сжатия, скорости и расхода жидкости при истечении через малое отверстие в тонкой стенке.

11. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Понятие о струйной технике.

12. Определения сопротивления трубопровода и построение напорной характеристки для различных условий течения.

13. Графический метод расчета сложного трубопровода с последовательно соединенными ветвями.

14. Методика составления систем уравнений для решения задачи «О трех резервуарах».

15. Методы устранения гидравлического удара в трубопроводах. Принцип работы гидротурбины и способы повышения и эффективной работы.

Самостоятельная работа студентов с преподавателем – СРСП – 45ч.

1. Рассмотреть принципы работы приборов измеряющие вязкость жидкости их достоинства и недостатки.

2. Рассмотреть различные методы доказательства второго свойства гидростатического давления.

3. Интегрирование уравнений Эйлера.

4. Практическое применение основного уравнения гидростатики и построения эпюр давления.

5. Закон Архимеда, плавание тел. Условия статической остойчивости плавающего тела.

6. Уравнения движения невязкой жидкости в форме Громеки при действии массовых сил, имеющих потенциал.

7. Рассмотреть выводы дифференциальных уравнений баланса удельных энергий для невязких жидкостей.

8. Практическое применение Бернулли.

9. Понятия гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Анализ графика Мурина и Некурадзе.

10. Задачи решаемые при истечении жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при переменном напоре.

11. Определение потерь напора при внезапном и постепенном расширении и сужении русла.

12. Анализ обобщенных параметров при расчете простого короткого трубопровода – единичное местное и по длине сопротивлений.

13. Графический метод расчета сложного трубопровода с параллельно соединенными ветвями.

14.Методика расчета сложного трубопровода с концевой раздачей жидкости при различных условий баланса расхода.

15. Обзор областей техники, где используется эффект гидравлического удара. Анализ условий возникновения гидроудара.

Таблица 5

График проведения занятий

№	Дата	Время	Наименование тем
Лекции
1	2	3	4
1			Тема 1. Цели и задачи изучения дисциплины. Жидкость и ее основные физические свойства.
2			Тема 2. Силы действующие в жидкости. Давление в точке покоящейся жидкости и его свойства.
3			Тема 3. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Уравнения поверхности равного давления.
4			Тема 4. Основное уравнение гидростатики. Сила давления жидкости на плоскую стенку.
5			Тема 5. Сила давления жидкости на криволинейную стенку. Тела давления. Закон Архимеда.
6			Тема 6. Основы кинематики жидкости.
7			Тема 7. Основы гидродинамики.
8			Тема 8. Уравнение Бернулли для элементарной струйки и патока вязкой жидкости.
9			Тема 9. Гидравлические сопротивления. Режимы движения.
10			Тема 10. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном и переменном напорах.
11			Тема 11. Истечение жидкости через насадки и большое боковое отверстие.
12			Тема 12. Расчет простого короткого трубопровода. Напорная характеристика насосной установки.
13			Тема 13. Основы технико-экономического расчета простых трубопроводов. Расчет сложных трубопроводов.
14			Тема 14. Расчет трубопроводов с концевой раздачей и путевым расходом жидкости.
15			Тема 15. Гидравлический удар в трубопроводах. Воздействие струи на твердые преграды.
Практические занятия
1			Тема 1. Решение задач и упражнений на свойства сжимаемость вязкость жидкости.
2			Тема 2. Решение задач на определение сил жидкостного трения и касательных напряжений.
3			Тема 3. Напряженное состояние покоящейся жидкости. Решение задач на относительный покой жидкости.
4			Тема 4. Аналитический и графоаналитический методы определения силы давления жидкости на плоскую поверхность..
5			Тема 5. Решение задач на определение вертикальной составляющей силы давления жидкости на криволинейную поверхность.
6			Тема 6. Определение основных гидравлических элементов патока. Решение задач с применением уравнения неразрывности.
7			Тема 7. Определение мощности патока, обладающего различной удельной энергией.
8			Тема 8. Решение упражнений и задач с применением уравнения Бернулли.
9			Тема 9. Определения потерь напора в местных сопротивлениях и по длине при различных режимах движения жидкости.
10			Тема 10. Решение задач на истечение жидкости через отверстия, насадки, дроссели и клапаны.
11			Тема 11. «Решение задач на истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном и переменном напорах»
12			Тема 12. «Расчет простого короткого трубопровода»
13			Тема13. «Примеры технико-экономического расчета»
14			Тема14. « Графоаналитический метод расчета сложного трубопровода с концевой раздачей жидкости».
15			Тема 15. Определения значения ударного повышения давления в трубопроводе при прямом и непрямом гидравлическом ударе (проверка формулы Жуковского). Определение мощности, передаваемой струей лопатке.

Учебно-методические материалы

Основная литература

1. «Гидравлика» - М.: Энергоатомиздат, 1984. – 639с.

2. «Механика жидкости и газа» - М.: Наука, 1987. – 840с.

3. «Техническая гидромеханика» - М.: Машиностроение, 1987. – 460с.

4. , и др. «Гидравлика и гидропривод» - М.: Недра, 1981. – 301с.

5. «Гидромеханика» (электронный учебник) – Алматы.: КазНТУ, 2002. – 116 с.

Дополнительная литература

6. , , и др. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы» - М.: Машиностроение, 1982. – 423с.

7. (под редакции) «Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам» - М.: Высш. шк., 1988. – 245с.

8. , Л. С. (под редакции) «Примеры расчетов по гидравлике» - М.: Стройиздат, 1977. – 248 с.

9. , и др. Под редакцией и «Сборник задач по машиностроительной гидравлике» - М.: Машиностроение, 1981. – 463с.

10. , «Гидравлика» (Методическое руководства к выполнению контрольных работ для студентов дневной формы обучения) – Алма – Ата.: КазПТИ, 1989. – 28с.

11. , «Гидравлика» (методические указания к решению задач для студентов дневной и заочной формы обучения машиностроительных и нефтяных специальностей) – Алматы.: КазНТУ, 2003. – 29с.

12. , «Гидравлика» (методические указания по выполнению лабораторных работ) - Алматы.: КазНТУ, 2003. – 35с.

13. , «Гидравлика» (методические указания и контрольные задания для студентов дневной формы обучения) - Алма-Ата.: КазПТИ, 1992. – 29с.

Содержание

Введение…………………………………………………………………..3

Цели и задачи дисциплины………………………………………………3

Система оценки знаний студентов………………………………………4

Содержание дисциплины…………………………………………………5

Самостоятельная работа студентов………………………………………10

Самостоятельная работа студентов с преподавателем………………….10

График проведения занятий……………………………………………….11ц

Учебно-методический материал…………………………………………..13