Рабочая программа по дисциплине «Механика жидкости и газа» для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика»

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Энергетический факультет

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Механика жидкости и газа»

для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика»

Павлодар

Лист утверждения к рабочей

программе дисциплины,

разработанной на основании

государственного Ф СО ПГУ 7.18.1/06

общеобязательного стандарта

образования специальности и

типой программы

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по УР

______________ _____________20__ г.

Составитель: канд. техн. наук, профессор _________

Кафедра теплоэнергетики

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Механика жидкости и газа»

для студентов специальности 050717 «Теплоэнергетика».

Рабочая программа разработана на основании Государственного общеобязательного стандарта образования Республики Казахстан ГОСО РК 3.08.343-2006 по специаль­ности 050717-Теплоэнергетика и типовой учебной программы «Механика жидко­сти и газа MZhG 2204», утверждена и введена в действие протоколом Республикан­ского учебно-методического совета (РУМС) высшего и послевузовского образова­ния от 22 июня 2006 г.

Рекомендована на заседании кафедры от «___» _________ 20__г.

Протокол № __

Заведующий кафедрой ________________

Одобрена методическим советом энергетического факультета

«___»____________20__г. Протокол №___

Председатель МС ____________

СОГЛАСОВАНО

Декан факультета _____________ АЛ. Кислов «__ » ____________ 20__г.

ОДОБРЕНО ОПиМО

Начальник ОПиМО ___________ «__» _________20__г.

Цели и задачи учебной дисциплины, ее место в учебном процессе

Цель курса - получение теоретической базы для расчётного и эксперимен­тального исследования гидравлических характеристик теплоэнергетических и теплотехнологических процессов и установок, с целью обеспечения надёжной и эффек­тивной работы теплоэнергетического и тепломеханического оборудования.

Задачи курса - изучение закономерностей движения и равновесия несжимае­мой и сжимаемой жидкости, методик гидравлического и аэродинамического расче­тов теплоэнергетического оборудования, уравнений динамики жидкости; теории по­добия и моделирования для рассмотрения течений в трубах и обтекания тел.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

иметь представление:

- об основных уравнениях и теоремах динамики жидкости;

- о закономерностях равновесия и движения жидкости;

- о характере течения жидкостей в различных каналах, о гидравлическом со­противлении;

- об основах теории подобия и моделирования гидромеханических процессов;

знать: методы гидравлического и аэродинамического расчёта теплоэнергети­ческого оборудования;

уметь:

- определять гидравлические сопротивления при течении жидкости и газа в каналах, потери напора в каналах различной формы;

- пользоваться методами расчёта потока жидкостей и газов в каналах, трубах, соплах, диффузорах и других элементах;

владеть: методами уменьшения потерь напора.

Пререквизиты: Дисциплина базируется на знаниях, полученных студентами при изучении таких дисциплин, как «Математика», «Физика», «Механика», «Техни­ческая термодинамика».

Знания, приобретённые при изучении курса «Механика жидкости и газа» по­требуются в курсах «Тепломассообмен», «Теплоэнергетические системы и энерго­использование» и ряде других специальных дисциплин.

Тематический план дисциплины Ф СО ИГУ 7.18.2/07

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

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.

Тема 2. Гидростатика

Напряжения в покоящейся жидкости. Дифференциальные уравнения гидро­статики. Равновесие несжимаемой жидкости в поле сил тяготения. Силы давления на поверхности. Закон Архимеда.

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.

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.

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.

Тема 6. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Истечение жидкости из малого отверстия при постоянном напоре. Истечение через насадки.

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.

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.

Тема 9. Затопленные струи

Струйный пограничный слой. Классификация струй. Свободная турбулентная струя. Закон распределения скоростей. Закрученная струя.

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.

Содержание практических занятий

Тема 1. Введение. Основные свойства жидкостей и газов. Физические свойства

Определение плотности, удельного веса, удельного объема, давления в раз­личных состояниях.

Тема 2. Основы гидростатики Гидростатика. Гидростатическое давление. Определение абсолютного давления, из­быточного давления на дно и стенки резервуаров, условий плавания тел с примене­нием основного закона гидростатики.

Тема 3. Основы кинематики

Определение уравнений траекторий движения в переменных Эйлера и Лагранжа. Определение уравнений линий тока.

Тема 4. Основные уравнения гидродинамики

Применение уравнения Бернулли к анализу потока жидкости. Определение режимов течения, параметров потока (средняя скорость, расход).

Тема 5. Движение жидкости в трубах и гидравлический расчет трубопроводов

Движение жидкости в трубах. Определение коэффициента гидравлического трения. Определение потерь напора на трение. Определение коэффициентов местных со­противлений. Определение потерь напора на преодоление местных сопротивлений. Методика гидравлического расчета простого и сложного трубопроводов. Последо­вательное и параллельное соединение трубопроводов.

Тема 6. Истечение жидкостей из отверстий и насадков

Определение скорости истечения из малых отверстий при постоянном напоре. Оп­ределение коэффициентов сопротивления, сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через насадки.

Тема 8. Плоские сверхзвуковые течения газа

Определение параметров течения в произвольном сечении. Сопла Лаваля. Примене­ние таблиц газодинамических функций для решения задач.

Содержание лабораторных занятий

Программой курса предусмотрено выполнение лабораторных работ студента­ми заочной формы обучения.

Тема 1. Введение

Вводное занятие. Знакомство с правилами техники безопасности при работе в лабо­ратории. Теоретические основы гидрогазодинамического эксперимента. Подобие потоков жидкостей и газов. Определение погрешности результатов гидравлических расчетов.

Тема 2. Основы гидростатики

Гидростатическое давление. Изучение способов измерения гидростатического дав­ления.

Тема 4. Основные уравнения гидродинамики

Изучение режимов движения жидкости (прибор Рейнольдса). Ознакомление с мето­дикой визуального определения критического числа Рейнольдса для потока, движу­щегося в стеклянной трубе, на приборе Рейнольдса и исследование режимов движе­ния жидкости.

Изучение уравнения Бернулли при установившемся движении в напорном трубопроводе. Ознакомление с методикой экспериментального построения линий полного и пьезометрического напоров и определение пьезометрического и гидрав­лического уклонов для произвольного трубопровода.

Тема 5. Движение жидкости в трубах и гидравлический расчет трубопроводов

Определение коэффициента гидравлического трения и эквивалентной шероховато­сти для стальной трубы. Ознакомление с методикой экспериментального определе­ния коэффициента гидравлического трения и эквивалентной шероховатости для стального трубопровода.

Неустановившееся движение жидкости. Экспериментальное определение вре­мени истечения определенного объема воды из резервуара при переменном напоре и сопоставление этого времени с расчетным.

Определение коэффициентов местных сопротивлений при внезапном расши­рении и сужении потока. Ознакомление с методикой определения коэффициентов местных сопротивлений при внезапном расширении и сужении потока.

Содержание самостоятельной работы

Тема 1. Введение. Основные физические свойства жидкостей и газов.

Ньютоновские жидкости. Двухфазная среда.

Литература: [2] Введение, §4.

Тема 2. Основы гидростатики. Силы давления жидкости на поверхности.

Литература: [2] Глава 1. §2, §6.

Тема 3. Основы кинематики.

Поле скоростей. Поле ускорений и его составляющие. Деформационное и вращательное движения жидкого элемента. Дивергенция вектора скорости. Цирку­ляция вектора скорости.

Литература: [2] Глава.2..§2, §4.

Тема 4. Основные уравнения гидродинамики

Интегралы уравнений движения идеальной жидкости. Понятие о подобии гид­ромеханических процессов. Критерии подобия.

Литература: [2] Глава 3, § 9; [3] Глава 1, §3, §4.

Тема 5. Движение жидкости в трубах и гидравлический расчет трубопрово­дов. Понятие о кавитации. Расчет газопроводов при больших перепадах давления.

Литература: [4] Глава 6, §4.

Тема 7. Одномерное движение газа

Удельный расход и приведенный удельный расход. Таблицы газодинамиче­ских функций одномерного газового потока.

Тема 8. Плоские сверхзвуковые течения газа

Образование и расчет скачков уплотнения.

Литература: [3 ] Глава 5. §3.

Тема 9. Движение двухфазных потоков Понятие о двухфазных потоках и их характеристики. Транспорт потоков твердых частиц. Скорость витания частиц в вертикальной трубе.

Литература: [3 ] Глава 5. § 6.

Содержание самостоятельной работы студентов

СОДЕРЖАНИЕ И ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ СРС
	Очная на базе общего среднего образования
№	Вид СРС	Форма отчётности	Вид контроля	Объём в часах
1	Подготовка к лекционным занятиям		Участие на занятии	15
2	Подготовка к практическим занятиям, выполнение до­машних заданий	Рабочая тетрадь	Участие на занятии	15
3	Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий	Конспект	Опрос по конспекту	30
4	Подготовка к рубежному контролю	Письменная	РК1.РК2	7,5
	Всего:	67,5
Заочная на базе общего среднего образования
1	Подготовка к лабораторным занятиям	Заготовка необходи­мых таблиц и другие	Допуск к ЛР	5
2	Подготовка отчёта и защита лабораторных работ	Отчёт по ЛР	Защита ЛР	15
3	Изучение материала, не вошедшего в содержание аудиторных занятий	Конспект	Опрос но конспекту	20
4	Выполнение индивидуаль­ного задания по расчёту сложного трубопровода	Контрольная работа	Защита контрольной работы	60
5	Подготовка к рубежному контролю	Письменная	РК1	5
	Всего:	105

СОДЕРЖАНИЕ И ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№ п/п	Наименование тем	Содержание	Вид контроля	Сроки выполнения (по неделям)	Аббревиатура
1	2	3	4	5	6
1	Введение. Основные свойства жидкостей и газов	1.1 Физические свойства.	Сдача рас-	1	П1
1.2 Определение плотности	четов	2	П2
удельного веса, удельного ооъема давления в различных состояниях.
2	Гидростатика	2.1 Гидростатика. Гидростатиче­ское давление. 2.2 Определение абсолютного дав-	Сдача рас­четов	3	ПЗ
ления, избыточного давления.	4	П4
3	Эсновы кинематики	3.1 Определение уравнений тра­екторий движения в премениых Эйлера и Лагранжа.	Сдача рас­четов	5	П5
3.2 Определение уравнений ли-	6	П6
ний тока.
4	Основные уравнения движения жидкости и газа	4.1 Применение уравнения Бер-	Сдача рас- четов	7	П7
нулли к анализу потока жидкости.
4.2 Определение режимов тече-i ния, параметров потока (средняя
скорость, расход).	8	П8
5	Движение жидкости в грубах и гидравличе- ский расчёт трубо- проводов	5.1 Определение коэффициента	Сдача рас- четов	9	П9
гидравлического трения.
5.2 Определение потерь напора
на трение. 5.3 Определение коэффициентов местных сопротивле-	10	П10
ний. Определение потерь напора на	11	П11
преодоление местных сопротивлений
5.4 Методика гидравлического
эасчёта простого и сложного тру-	12	П12
бопроводов.
6	истечение жидкости из отверстии и насадков	6.1 Определение скорости исте- чения из малых отверстий при по- гтоянном напоре. 6.2 Определение коэффициентов сопротивления, сжатия, скорости, эасхода. 6.3 Истечение жидкости через насадки	Сдача рас- четов	13	П13
14	П14
15	П15

Выписка из рабочего учебного Ф СО ПГУ 7.18.1/10

плана специальности

Выписка из рабочего учебного плана специальности 050717 «Теплоэнергетика»

Наименование дисциплины «Механика жидкости и газа»

№	Форма обуче­ния		Форма контроля	Всего стандарт	Объём работы в часах	Распределение часов по курсам и се­местрам (часов)
экзамены	зачёты	КР	Контр, раб.	Общ.	Аудит.	СРСП	СРС	Лек. ции	Практ.	Лаб. раб.	СРС	Лекции	Практ.	Лаб. раб.	СР СП	СРС
1.	очная на базе общ. средн.	3	4				135	135	45	22,5	67,5		4 семестр
-	-	-	-	30	15	-	22,5	67,5

Литература

Основная

1 Альтшуль и аэродинамика: учебник для ВУЗов. М.: Стройиздат, 1987. - 410 с: ил.

2 . , Рындина указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Механика жидкости и газа» для студентов теплоэнергетических специальностей. ПГУ, 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 1987.-438 с: ил.

5 Повх гидромеханика, М.: Машиностроение, 1976. -502 с.