НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
[Факультет энергетики]
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан ФЭН
проф._________
“___”_________ 2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
Гидроаэромеханика
для студентов, обучающихся по инженерной специальности 140202- -«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»
.
ФЭН
Курс 4 , семестр 8
Лекции 34 часа
Практические занятия 17 часов
Лабораторные работы 17 часов
Расчетно - графическая работа 8 семестр
Экзамен 8 семестр
Самостоятельная работа 102 часа
Всего 170 часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 140202 –нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.
Регистрационный номер ГОС № 000 тех/дс от 01.01.2001.
Шифр дисциплины в ГОС - СД-02. Дисциплина относится к федеральному компоненту учебного плана шифр дисциплины по учебному плану – 43.5, блок №6.
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры систем электроснабжения предприятий (СЭПС) протокол № от____________ .
Программу разработал
д. т.н., проф. каф. АГД
Заведующий кафедрой СЭПС
д. т.н., профессор
Ответственный за основную образовательную программу
к. т.н., доцент
Председатель МК ФЭН
к. т.н., доцент
1. Внешние требования
Таблица 1
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины | Часы |
СД.02 | Гидроаэромеханика: предмет, методы и аксиоматика гидромеханики; законы сохранения массы, импульса и энергии; кинематика. Жидкая частица и методы описания движения; поле скоростей и виды скоростей движения; основные уравнения гидромеханики; явления турбулентности, открытые потоки и водосливы; неустановившиеся движения в открытых водостоках; законы фильтрации; кривые депрессии; расчёт подземного контура сооружений; основы аэромеханики; неустановившиеся потоки жидкости; гидравлический удар; модели сжимаемой атмосферы; адиабатическое и изотермическое состояния; уравнения неразрывности; уравнения движения газа; связь градиента давления и ветровых характеристик; расчётная и буревая скорости ветра; число М; звуковые волны; моделирование сжимаемых потоков; теория турбулентности; атмосферные процессы; пограничный слой. | 170 |
2.Особенности (принципы) построения дисциплины.
Особенности построения дисциплины описываются в табл.2.
Таблица 2
Особенности (принципы) | Содержание |
Основание для введения курса | Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального инженерной подготовки по специальности 140202 – «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» |
Адресат курса | Студенты специальности 140202-«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», а также студенты энергетики других специальностей. |
Главная цель | Главная цель курса – дать студентам естественное мировоззренческое представление о физической природе жидкостей и газов, законах механики сплошных сред и их приложениях в решении практических задач нетрадиционной энергетики. |
Ядро курса | Законы сохранения механики сплошных сред в дифференциальной и интегральной формах. |
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения курса. | Для успешного усвоения курса студенту необходимо иметь стандартную подготовку в области математики, физики, термодинамики. |
Уровень требований по сравнению с ГОС | Курс относится к спец. дисциплинам ГОС. В дополнение к ГОС в курсе даётся алгоритм расчёта ветроколёс и гидротурбин энергетических устройств, использующих энергию ветра и водных потоков. |
Объём курса в часах. | Аудиторных занятий 68 часов: лекций-34 часа; практических занятий-17 часов; лабораторных занятий - 17 часов. Самостоятельная работа 102 часа. Расчётно - графическая работа. Общий объём выделяемый на изучение дисциплины 170 часов. |
Основные понятия курса | Гидростатичесое, динамическое давления. Поверхности уровня, коэффициент расхода, кавитация, гидравлический удар, сжимаемость газообразной среды; критическая, максимальная скорости потока; расчётная и буревая скорости ветрового потока; пограничные слои; фильтрация, кривые депрессии; водосливы. |
Обеспечение последующих дисциплин | «Энергетические установки и сооружения нетрадицонной и возобновляемой энергетики». Реальное курсовое и дипломное проектирование. Научно - исследовательская работа. |
Практическая часть курса | Осваивается на практических занятиях, в лабораторном практикуме, при выполнении расчётно – графической работы. |
Учёт индивидуальных особенностей студента | Заключается в личном общении со студентами, выявлении области их интересов, возможностей. |
Особая технология организации учебного процесса | При изучении курса используются прогрессивные виды технологии организации учебного процесса, базирующиеся на лекциях – диалогах. В этой связи используются следующие принципы и методы обучения: - модульность – деление курса на самостоятельные, но в то же время, взаимосвязанные части; - практическая направленность; - обеспечение высокой степени самостоятельности студента при изучении модулей курса. |
Область применения полученных знаний | Дисциплина «Гидроаэромеханика» закладывает необходимую базу для решения практических задач создания сооружений и установок нетрадиционной и возобнавляемой энергетики. |
Описание основных «точек» | Календарно - тематический план, вместе с рейтинговой системой определяют технологию и сроки проведения промежуточного контроля и итогового контроля оценки уровня знаний: 7-я неделя Выдача РГЗ; 13-я неделя защита РГЗ; 16-я неделя допуск к экзамену; экзамен. |
Ваш курс и современные информационные технологии | Используются специальные компьютерные программы: MathCad; MathLab; AutoCad. |
Ваш курс и современное состояние науки | Курс сопровождается разбором современных примеров решения технических задач нетрадиционной энергетики и промышленности. |
3.Цели учебной дисциплины
Таблица 3
После изучения дисциплины студент будет:
Цели | Содержание |
Иметь представление: | |
1 | О физических свойствах жидкостей, газов общих и свойственных только жидкостям |
2 | Особенностей кинематики жидкостей и газов |
3 | О потенциальных потоках |
4 | О изэнтропийных и неизэнтропийных течениях сжимаемого газа |
5 | О физической природе силового взаимодействия потоков жидкостей и газов с омываемыми телами |
6 | О особенностях закрученных потоков жидкостей, газов |
7 | О физическом моделировании в аэромеханике |
Знать: | |
8 | Законы сохранения в механике жидкости и газа |
9 | Методы ускорения движения жидкостей и газов |
10 | Методы диагностики потоков жидкостей и газов |
11 | Алгоритм расчета гидравлических потерь в трубопроводах и трубопроводных системах |
12 | Алгоритм расчета изэнтропийных и неизэнтропийных течений сжимаемого газа в каналах произвольной формы |
13 | Особенности открытых потоков и водосливов |
14 | Законы фильтрации, кривые депрессии |
Уметь: | |
15 | Выполнять гидравлические расчеты гидро - пневмотрубопроводов и систем |
16 | Выполнять расчет параметров потока сжимаемого газа в каналах произвольной формы |
17 | Выполнять расчеты времени опорожнения открытых водоемов |
18 | Выполнять оценки силового воздействия потоков жидкостей и газов на помещенные в них тела |
19 | Описывать динамические пограничные слои разной природы |
Иметь опыт: | |
20 | Измерения динамических характеристик потоков жидкостей и газов |
21 | Определять опытным путем гидравлические потери в трубах |
22 | Определять опытным путем расходные характеристики дросселей различной конфигурации. |
23 | Определять опытным путем распределение сил давления потока по поверхности лопасти крыла ветроколеса |
4.Содержание и структура учебной дисциплины
Описание лекционных занятий размещается в таблице 4.
Таблица 4
Содержание дисциплины | Часы |
Предмет и задачи курса. 1.Физические свойства жидкостей и газов. Основные понятия и определения механики сплошных сред. | 2 |
2. Гидростатика Основное уравнение гидростатики. Дифференциальные уравнения гидростатики. Дифференциальные уравнения поверхности уровня. Относительное равновесие жидкости. | 2 |
3. Кинематика жидкости и газа. Методы задания движения жидкостей и газов. Классификация движения жидкостей и газов. Понятия и дифференциальные уравнения: линия тока, трубка тока, струйка тока, живое сечение; вихревая линия, винтовая линия. Уравнение неразрывности. | 2 |
4. Основы теории потенциальных течений. Потенциал скорости, функция тока. Свойства потенциала скорости и функции тока. Примеры простейших потенциальных потоков. Сложные потенциальные потоки. Парадокс д1 Аламбера - Эйлера. Формула | 2 |
5. Уравнения движения идеальной жидкости в форме Эйлера, Громеко. Интегрирование уравнений движения. Интегралы Эйлера, Бернулли для потоков идеальной сжимаемой и не сжимаемой жидкостей. Физический смысл слагаемых интеграла Бернулли. Понятия максимальная и критическая скорости потоков. | 4 |
6.Элементы теории сопла Лаваля. Уравнение Гюгонио. Изменение параметров потока по длине сопла Лаваля. Режимы истечения газа из сопла. Газодинамические функции. Иные методы ускорения газовых потоков. | 2 |
7. Скачки уплотнения и волны разрежения.Обтекание сверхзвуковым потоком угловых конфигураций. Соотношения Прандтля для прямого скачка. Соотношения для косых скачков уплотнения. Ударная поляра. Неизэнтропийное течение сжимаемого газа в каналах переменного сечения. | 2 |
Гидравлические потери в трубах и системах. Режимы течения реальной вязкой жидкости (газа).Интеграл Бернулли для потока вязкой несжимаемой жидкости. Структура общих формул для потерь напора. Формула Дарси-Вейсбаха. Опытные данные о коэффициенте гидравлического сопротивления. Местные сопротивления. Гидравлический расчет трубопроводов и систем трубопроводов. Методы снижения гидравлических потерь в трубопроводах. | 4 |
8. Истечение жидкости из отверстий и насадков. Центробежная Форсунка. Кавитация, методы подавления и использование в технике. Истечение через сифон. | 2 |
9. Нестационарное течение жидкости в трубах. Гидравлический удар. Шум в гидро-пневмосистемах, методы подавления. | 2 |
10. Открытые потоки и водосливы. Неустановившиеся движения в открытых водостоках. Законы фильтрации, кривые депрессии, расчет подземного контура сооружений. | 2 |
Пограничные слои. Интегральные соотношения для расчета не установившихся ламинарных и турбулентных пограничных слоев. Приземные пограничные слои. Расчетная и буревая скорости ветрового потоков. | 2 |
11. Элементы теории струй. Взаимодействие потоков жидкостей и газов с характерыми неподвижными и подвижными поверхностями. Эжекторы. Газодинмика закрученных потоков. Эффект Ранка - Хильша. Вихревая трубка. | 4 |
12. Элементы теории подобия и размерностей. Анализ критериев подобия. Методы аэрофизического эксперимента. | 2 |
Практические занятия
Таблица 5
Ссылка на цели курса | часы | Темы | Выполняя работу студент научится |
15 | 2 | Применение интеграла Бернулли в инженерных задачах | Вычислять скорость и расход жидкостей, газов |
11, 15 | 2 | Гидравлический расчет простых трубопроводов | Вычислять гидравлические потери |
11, 15 | 4 | Гидравлический расчет сложных трубопроводов | Алгоритму расчета сложной трубопроводной системы |
17 | 2 | Истечение жидкостей через отверстия, насадки, сифоны | Определять скорость, расход и время опорожнения емкостей |
4, 12 | 2 | Изэнтропийное и неизэнтропийное течение сжимаемого газа в каналах | Выполнять расчеты параметров потока сжимаемого газа |
15 | 2 | Гидравлический удар в трубах | Определять тип и интенсивность гидравлического удара |
14 | 1 | Расчёт подземного контура сооружений | Определять несущие свойства фундаментов |
18, 23 | 2 | Воздействия потока на обтекаемые поверхности | Выполнять оценки силового воздействия потока на крыловой профиль |
Лабораторные занятия
Ссылка на цели | Часы | Тема | Выполняя работу студент научится |
10, 20 | 4 | Аэродинамическая труба и приборы для измерения скорости потока | Измерять поле скоростей пневмометрическим методом |
17 | 4 | Истечение жидкостей из отверстий и насадков | Определять коэффициент расхода дроссельных устройств |
21 | 4 | Распределение удельных энергий потока вдоль канала переменного сечения | Определять гидравлические сопротивления трубопроводов и их элементов |
18, 23 | 4 | Распределение давления по поверхности крыла лопасти ветроколеса | Определять аэродинамические характеристики крыла |
Расчетно-графические работа
Ссылка на цели курса | Содержание | Выполняя РГР, студент научится |
11,15 | Гидравлический расчет простых и сложных трубопроводных систем | Применять формулу Дарси в гидравлических расчетах |
17 | Истечение жидкостей из сосудов через отверстия, насадки, сифоны | Определять время опорожнения сосудов с учетом перестройки режимов течения |
15 | Расчет сложных трубопроводных систем при распростронении в них гидравлического удара | Определять работоспособность трубопроводных систем |
4,12 | Расчет газового потока в канале переменного сечения при наличии ударных волн | Определять параметры потока газа при прохождении через волновые структуры |
18,23 | Расчёт ветроколеса или турбины мини ГЭС (первое приближение) | Оценивать энергетические характеристики. |
Структура дисциплины
 |
 |  |
5.Учебная деятельность.
6. Правила аттестации студента по учебной дисциплине
Расчётно-графическая работа выполняется объёмом (8-12) листов формата А-4.
К экзамену студент допускается при полностью выполненных и защищённых лабораторных работах и РГР.
7. Список литературы
1.Сергель гидрогазодинамика..-М.: Маш. 1981, 374 с., с ил.
2.Емцов гидромеханика. – М.; Маш. 1978. 440 c., с ил.
3.Дейч газодинамика.-М.: Энергия1974, 592 с., с ил.
4.Чугаев : Учебник для вузов - 4-ое изд. доп. И перераб.._ Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение. 1982.-672 с.,ил.
5., , Саленко задач по аэрогидродинамике.-Н.:
НГТУ, 2003., 112с.
6., Обуховский практикум по аэродинамике.
7.Нагрузки и воздействия. СНИП 2.01.07 – 85. – м.:1986.
8. Контролирующие материалы для аттестации студентов по дисциплине
Образцы контролирующих материалов для итогового контроля по дисциплине (комплексные задания, тест, вопросы).
1.Физические свойства жидкостей и газов.
2.Гидростатика. Уравнения Эйлера.
3. Кинематика жидкостей и газов. Основные понятия кинематики.
4. Законы сохранения механики жидкости и газа.
5. Интегрирование уравнений движения.
6. Интеграл Бернулли для несжимаемой, сжимаемой жидкости.
7. Применение интеграла Бернулли для измерения скорости и расхода жидкостей, газов.
8.Гидравлические потери, методы расчета и экспериментального определения.
9. Алгоритм гидравлического расчета сложных трубопроводных систем.
10. Истечение жидкостей и газов из отверстий, насадков и сифонов.
11. Кавитация, методы борьбы и использования в технике.
12. Нестационарное течения жидкости в трубах и водотоках.
13. Гидравлический удар, расчет и методы ослабления его величины.
13. Методы борьбы с шумом в гидро-пневмо системах.
14. Сопло Лаваля. Иные способы разгона газовых потоков.
15. Применение газодинамических функций в расчетах изэнтропийного течения сжимаемого газа в каналах переменного сечения.
16. Неизэнтропийные течения сжимаемого газа.
17. Качественные методы исследований газо-жидкостных потоков.
18. Методы измерения параметров потоков жидкостей и газов.
19. Закрученные потоки жидкостей и газов.
20. Эжекторы.
21. Методы определения силового воздействия потоков на обтекаемые тела.
22. Профиль крыла в потоке жидкости, газа.
23. Законы фильтрации. Расчет подземного контура сооружений.
24. Открытые потоки и водосливы.
25. Методы описания приземных пограничных слоев.
П А С П О Р Т
комплекта итоговых контролирующих
материалов, спецификация
по специальности: 140202 «Нетрадиционные и возобнавляемые источники энергии».
дисциплина: «Гидроаэромеханика»
специальность: 140202- ««Нетрадиционные и возобнавляемые источники энергии».
Паспорт комплекта КМ содержит основные характеристики комплекта и предназначен для использования:
- при подготовке контролирующих материалов;
- при проведении контроля;
- при анализе результатов контроля.
1. Соответствует Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования (ГОС ВПО) по специальности140202 –для инженеров, утверждённому 27.03. 2000г. (Регистрационный номер 214 тех/дс).
Задания КМ соответствует целям дисциплины «Гидроаэромеханика» 1.1Задания КМ соответствуют содержанию дисциплины.
1.2. Вид контроля – контроль остаточных знаний.
1.3 Содержание и цели контроля – КМ охватывают все темы дисциплины «Гидроаэромеханика»
4. Форма КМ – билеты для письменной аттестации.
5. Характеристика заданий – Экзаменационный билет, содержащий два вопроса из различных разделов курса.
6. Измерение результата контроля. Провести проверку работ студентов с выставлением оценки по пятибалльной шкале за выполнение каждого задания. Итоговая оценка рассчитывается как сумма коэффициентов, соответствующих балам за выполнение каждого задания согласно таблице.
Оценка | Коэффициент |
Отлично (5 баллов) | 1 |
Хорошо (4 балла) | 0,8 |
Удовлетворительно (3 балла) | 0,6 |
Неудовлетворительно (2 балла) | 0,29 |
7.Время, отведенное для выполнения комплекта КМ – 1,5 часа
Вопросы для самоаттестации прилагаются в п.8.
Билеты, в каждом билете по два вопроса.
Составил: проф., д. т.н.
