МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К. И.САТПАЕВА

Институт Геологии и нефтегазового дела

Кафедра «Разработка  нефтяных и газовых месторождений»

«Утверждаю»

  Директор ИГиНГД

-----------------

-----------------------------2013г 

ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)

По дисциплине «Основы фильтрации жидкости и газа»

для специальности 5В070800 —«Нефтегазовое дело»

Всего - 2 кредита

Курс - второй

Семестр - четвертый

Лекций - 15 часов,

Практические (семинарские) занятия - 15 часов

Рубежный контроль (количество) - 2

СРС 30 часов,

СРСП  - 30 часов,

Всего аудиторных часов - 60

Всего внеаудиторных часов - 30

Трудоемкость - 90 часов

Экзамен - 4 семестр

АЛМАТЫ

Программа курса составлена

  – ст. преподаватель РНГМ

    к. т.н., доцент кафедры РНГМ

На основании учебного плана. Индекс ОПД  В3.3

Рассмотрена на заседании кафедры  _____________________________________

«___  »  ________________ 20  г. Протокол №  ___________________________

Зав. кафедрой

д. т.н., профессор 

Одобрено методическим Советом института

«___»  _____________2013 г  Протокол №

Председатель 

Сведения о преподавателе:

– ст. преподаватель кафедры РНГМ. Закончила КазПТИ им. , нефтяной факультет, по специальности «Геология и разведка нефтяных и газовых месторождений», стаж работы более 20 лет.

–к. т.н., академический доцент

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Офис: кафедра «Разработка нефтяных и газовых месторождений»

Адрес:

Тел. 2-57-71-58

1Цели и задачи дисциплины

1.1 Цели преподавания дисциплины

Целью дисциплины является обучение студентов законам движения жидкости и газа, процессам происходящих при этом движении. «Основы фильтрация жидкости и газа» является одной основных дисциплин специальности.

Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении общенаучных, общеинженерных и геологических дисциплин. Полученные знания при изучении дисциплины «Основы фильтрации жидкости и газа» знания будут широко использованы в процессе изучения на старших курсах специальных дисциплин.

1.2 Задачи изучения дисциплины:

Задача  дисциплины -  дать знания студентам  по  основным свойствам жидкостей и газа,  различным видам и режимам движения жидкостей, статике и кинематике  жидкости и газа, уравнениям движения  жидкости и газа,  основам теории подобия 

1.3 Пререквизиты:  Высшая математика,  курс общей физики.

1.4 Постреквизиты: Подземная гидромеханика

2. Система оценки знаний студентов

  Таблица 1

Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

№ вариантов

Вид итогового контроля

Виды контроля

%

1.

Экзамен

Итоговый контроль

100

Рубежный контроль

100

Текущий контроль

100

Календарный график сдачи всех видов контроля

по дисциплине «Основы фильтрации  жидкости и газа»

                Таблица 2

Неде-ли

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Виды конт-роля

С1

П1

С2

П2

С3

П3

C4

С5

С6

П4

С7

РК

П5

С8

С9

П6

С10

С11

С12

П7

С13

Рк

П8

С14

С15

Кол-во контроля

1

2

2

2

2

2

1

1

2

2

2

2

1

2

1

Виды контроля: П – практическая работа, РК –рубежный контроль,

С - самостоятельная работа студентов с преподавателем.

  Таблица 3

Оценка знаний студентов

Оценка

Буквенный эквивалент

Рейтинговый балл

(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


3. Содержание дисциплины

Календарный график распределения занятий по дисциплине «Основы фильтрации жидкости и газа»



  Наименование  темы

Количество академических часов

  Лек-ция

Практи-ческие

(семи-нарские)

  СРСП

  СРС

1. Свойства жидкостей и газа

Классификация режимов и течений движения жидкости и газа.

  2

  3

  2

  5

2. Равновесие (статика) жидкости и газа. Уравнения Эйлера. Равновесие в поле сил тяжести

Кинематика жидкости и газа. Две формы описания движения сплошной среды.

  2

  3 

  4

  3

3.  Линии тока и траектории. Уравнение неразрывности. Функции тока для двухмерных течений несжимаемой жидкости. Вихревое и безвихревое движение. Потенциал скорости.

  2

  1

  5

  5

4. Основные уравнения динамики идеальной жидкости.  Общая постановка задач физики жидкости и газа. Случай несжимаемой и сжимаемой жидкости. Баротропность и бароклинность. Уравнение притока энергии. 

  2

  - 

  8

  2

5. Простейшие случаи движения идеальной жидкости. Интегралы Бернулли и Коши.

Установившееся безвихревое движение. Формула Торичелли. Истечение газов.

  2

  3 

  5

  5

6. Понятие о вязкой жидкости. Тензор скоростей деформации. Тензор напряжений. Связь между тензором напряжений и тензором скоростей деформации.

Уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье – Стокса).

  2

  - 

  4

  4

7. Уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости. Закон подобия. Числа Рейнольдса и Фруда. Уравнение притока тепла для вязкой сжимаемой жидкости

Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Одномерное течение между двумя плоскими параллельными стенками 

  2

       

       2

  2

  4

8. Теория ламинарного течения в цилиндрических трубах (течение Пуазейля).

  1

  3

  -

  2

Всего (часов)

  15

  15

  30

  30

Наименование тем лекционных занятий и их содержание

Лекция № 1Свойства жидкостей и газа. Классификация режимов и течений движения  жидкости и газа

Классификация режимов и течений движения жидкости и газа. Свойства жидкостей и газов: плотность, вес единицы объема, коэффициент объемного сжатия, модуль упругости.

Лекция №2 Равновесие (статика) жидкости и газа. Уравнения Эйлера. Равновесие в поле сил тяжести. Кинематика жидкости и газа. Две формы описания движения сплошной среды 

Напряжение в жидкостях, находящихся в равновесии. Дифференциальные уравнение равновесия. Силовая функция и потенциал. Равновесие в поле сил тяжести.

Лекция №3  Линии тока и траектории. Уравнение неразрывности. Функции тока для двухмерных течений несжимаемой жидкости. Вихревое и безвихревое движение. Потенциал скорости. Линия  и трубка тока. Уравнение линии тока и траектории. Особые точки. Поток вектора скорости. Уравнение неразрывности. Функция тока для двухмерных течений несжимаемой жидкости. Вихревое и безвихревое движения.

Лекция №4  Основные уравнения динамики идеальной жидкости.  Общая постановка задач физики жидкости и газа. Случай несжимаемой и сжимаемой жидкости. Баротропность и бароклинность. Уравнение притока энергии

Массовые и поверхностные силы. Основное свойство поверхностных сил. Принцип Даламбера. Уравнение движения в форме Эйлера. Общая постановка задач  основ фильтрации жидкости и газа. Случай сжимаемой и несжимаемой жидкости. Баротропность  и бароклинность.

Лекция №5  Простейшие случаи движения идеальной жидкости. Интегралы Бернулли и Коши. Установившееся безвихревое движение. Формула Торичелли. Истечение газов.

Установившееся движение. Интеграл Бернулли. Установившееся безвихревое движение

Лекция №6 .  Понятие о вязкой жидкости. Тензор скоростей деформации. Тензор напряжений. Связь между тензором напряжений и тензором скоростей деформации. Пример движения вязкой жидкости между двумя пластинами.

Уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье – Стокса. Определение коэффициента динамической вязкости. Связь между тензорами. Уравнение Навье –Стокса.

Лекция №7  Уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости. Закон подобия. Числа Рейнольдса и Фруда. Уравнение притока тепла для вязкой сжимаемой жидкости

Критерии подобия. Число Рейнольдса и Фруда. Принцип сохранения энергии. Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Одномерное течение между двумя плоскими параллельными стенками 

Лекция №8  Теория ламинарного течения в цилиндрических трубах (течение Пуазейля

Закон распределения скорости в цилиндрических  трубах. Объем жидкости, протекающий в единицу времени через поперечное сечение трубы. Максимальная и средняя скорость течения жидкости в трубе. Падения давления в двух фиксированных точках трубы ( закон Гагена - Пуазейля)

Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах.

Практическое занятие№1  Основные свойства жидкости и газа: плотность, удельный вес, уровень жидкости, масса, температура, атмосферное давление  коэффициент объёмного теплового  расширения. Объем 2 часа.

Практическое занятие №2  Основные свойства жидкости и газа. Гидростатика: динамический и кинематический коэффициенты вязкости, вискозиметр Энглера, давление в покоящейся жидкости, избыточное и абсолютное давление, манометр, вакуумметр, пьезометрическая высота

Практическое занятие №3  Гидростатика. Давление в покоящейся жидкости,  избыточное и абсолютное давления, пьезометрическая высота, барометрическая формула; определение давления газовой шапки на нефть. Определение уровней жидкости в отстойнике.

Практическое занятие№4  Основные понятия динамики идеальной жидкости.  Живое сечение, гидравлический радиус, расход жидкости, средняя скорость.

Практическое занятие№5 Основные понятия кинематики и динамики жидкости  Расход жидкости, скорость. Простейшие случаи движения идеальной жидкости. Интегралы Бернулли и Коши. Установившееся безвихревое движение. Формула Торичелли. Истечение газов

Практическое занятие№6 Основные понятия кинематики  динамики жидкости. Вихревое и безвихревое  движение жидкости. Тензор скоростей деформации. Тензор напряжений. Связь между тензором напряжений и тензором скоростей деформации. Уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье – Стокса)

Практическое занятие №7. Режимы движения жидкости. Закон Дарси –Вейсбаха. Уравнения движения вязкой несжимаемой жидкости. Закон подобия. Числа Рейнольдса и Фруда. Уравнение притока тепла для вязкой сжимаемой жидкости

Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Одномерное течение между двумя плоскими параллельными стенками

Практическое занятие №8. Формула Блазиуса. Местные сопротивления.

Потери напора, коэффициент местного сопротивления, формула Блазиуса.

Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя (СРСП)

Тема 1.Свойства жидкостей и газа. Классификация режимов и течений движения жидкости и газа

Тема 2.Дифференциальные уравнения равновесия. Уравнения гидростатики Эйлера. Равновесие в поле сил тяжести Равновесие (статика) жидкости и газа. Уравнения Эйлера. Равновесие в поле сил тяжести

Тема 3Кинематика жидкости и газа.

Тема 4 Две формы описания движения сплошной среды

Тема 5.Линии тока и траектории. Уравнение неразрывности

  Тема 6.Функции тока для двумерных течений несжимаемой жидкости Вихревое и безвихревое движения. Потенциал скорости и его связь с функцией тока.

Поверхностные силы. Главный вектор и главный момент поверхностных сил.

Тема 7. Основное свойство поверхностных сил.

  Тема8. Гидродинамическое давление в идеальной жидкости. Общее уравнение движения  жидкости.  Начало Даламбера.

Тема 9.Задачи на определение режима движения жидкости и на основы гидродинамического подобия.

  Задачи на определения гидравлического сопротивления, потери напора и на закон Дарси-Вейсбаха

Задачи на потери напора. Формула Блазиуса.. Формула Дарси - Вейсбаха. Местные сопротивления.

Гидродинамическое давление в идеальной жидкости. Общее уравнение движения  жидкости. Начало Даламбера

Общая постановка задач гидродинамики. Случай несжимаемой жидкости.

Тема10 Случай сжимаемой жидкости. Баротропность.

Тема11 Общая постановка задач гидродинамики. Случай сжимаемой жидкости. Бароклинность. 

  Тема12 Простейшие случаи движения идеальной жидкости.  Уравнение притока энергии для идеальной жидкости.

Тема13 Тензор скоростей деформации. Тензор напряжений

Тема14 Динамическая и кинематическая вязкости. Уравнения движения вязкой жидкости.

Тема15 Теория подобия.  Числа Рейнольдса и Фруда. Уравнения Навье – Стокса

Самостоятельная работа студентов (СРС)

Тема №1: Производные единицы Международной системы СИ

Содержание: Единицы измерения часто употребляемых производных единиц в системе СИ таких как объёмный и массовый расход, скорость, ускорение, удельный вес, сила, динамический и кинематический коэффициенты вязкости, работа, мощность. Объем 2часа.

Тема №2: Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Содержание: Опыт Рейнольдса, ползущие течения, пограничный слой, ядро потока Объем 2часа.

Тема №3: Поверхностное натяжение. Скорость распространения звука. Содержание: Поверхностная энергия, коэффициент поверхностного натяжения. Скорость звука. Объем 2часа.

Тема №4: Равновесие в поле сил тяжести. Барометрическая формула Содержание: Уравнения равновесия несжимаемой жидкости в поле сил тяжести. Уравнения равновесия сжимаемой жидкости в поле сил тяжести. Объем 2часа.

Тема №5: Линия тока и траектории Содержание: Линия и трубка тока. Уравнения линии тока и траектории. Объем 2часа.

Тема №6: Поток, расхождение, циркуляция вектора скорости Содержание: Понятия потока, расхождения и циркуляции скорости. Объем 2часа.

Тема №7: Потенциал скорости Содержание: Потенциал скорости. Связь потенциала скорости с функцией тока. Объем 2часа.

Тема №8: Вихревое поле и его свойства Содержание: Вихревое поле, вихревая трубка. Объем 2часа.

Тема  №9:  Общая  постановка  задач  гидродинамики.  Начальные  и  граничные условия. Содержание: Начальные и граничные условия задач гидродинамики. Объем 2часа.

Тема №10: Установившееся безвихревое движение идеальной жидкости. Интеграл Бернулли - Эйлера.

Содержание: Интеграл Бернулли - Эйлера. Ограничения, налагаемые на скорость при существовании интеграла Бернулли - Эйлера. Объем 2часа.

Тема №11: Формулла Торичелли

Содержание: Теория истечения несжимаемой жидкости из большого отверстия сосуда через малое отверстие. Основные допущения. Объем 2часа.

Тема №12: Истечение газов

Содержание: Теория истечения газа из большого отверстия сосуда через малое отверстие. Основные допущения. Объем 2часа.

Тема  №13:  Уравнение  притока  тепла  в  случае  движения  сжимаемой  вязкой жидкости.

Содержание: Необходимость учета уравнения притока тепла. Вывод уравнения притока тепла. Объем 2часа.

Тема  №14:  Одномерное  течение  между  двумя  плоскими  параллельными пластинами

Содержание: Основные допущения. Расчет основных параметров течения, как скорость, расход, падение давления. Объем 2часа.

Тема №15: Течение Пуазейля. Закон Гагена - Пуазейля.

Содержание: Основные допущения. Расчет основных параметров течения, как скорость, расход, падение давления. Объем 2часа.

График проведения занятий

№

дата

Время

Наименование тем лекции

1

Свойства жидкостей и газа Классификация режимов и течений движения жидкости и газа.

2

Равновесие  (статика)  жидкости  и  газа. Уравнения  Эйлера.  Равновесие  в  поле  сил тяжести 2  Кинематика  жидкости  и  газа.  Две  формы описания движения сплошной среды.

Линии  тока  и  траектории.  Уравнение неразрывности.  Функции  тока  для двухмерных течений несжимаемой жидкости. Вихревое и безвихревое движение. Потенциал скорости.

Основные  уравнения  динамики  идеальной жидкости.  Общая постановка задач физики жидкости  и  газа.  Случай  несжимаемой  и 4  сжимаемой  жидкости.  Баротропность  и бароклинность. Уравнение притока энергии.

Простейшие  случаи  движения  идеальной жидкости. Интегралы Бернулли и Коши. Установившееся  безвихревое  движение. 5  Формула Торичелли. Истечение газов.

Понятие о вязкой жидкости. Тензор скоростей деформации.  Тензор  напряжений.  Связь между  тензором  напряжений  и  тензором 6  скоростей деформации. Уравнения  движения  вязкой  жидкости (уравнения Навье - Стокса).

Уравнения  движения  вязкой  жидкости (уравнения Навье - Стокса). Уравнения  движения  вязкой  несжимаемой жидкости. Закон подобия. Числа Рейнольдса и Фруда. Уравнение притока тепла для вязкой 7  сжимаемой жидкости Точные решения уравнений движения вязкой жидкости. Одномерное течение между двумя плоскими параллельными стенками

Теория  ламинарного  течения  в цилиндрических трубах (течение Пуазейля).

Практические занятия.

Основные  свойства  жидкости  и  газа: плотность, удельный вес, сжимаемость, модуль объёмной упругости, коэффициент объём теплового  расширения и т. д. Задания №1.1 -№1.7. .

Основные  свойства  жидкости  и  газа: динамический  и  кинематический коэффициенты  вязкости.  Гидростатика. Давление в покоящейся жидкости

  Гидростатика.  Давление  в  покоящейся жидкости.  Барометрическая  формула. Пьезометрическая  высота.  Определение давления  газовой  шапки  на  нефть. Определение уровней жидкости в отстойнике. Задания № 3.1 - 3.4.

  Основные понятия кинематики  и динамики жидкости.  Живое  сечение,  гидравлический радиус.  Расход жидкости, средняя скорость. Уравнение Бернулли. Задания № 4.1 - 4.4.

  Основные понятия кинематики  и динамики жидкости.  Расход  жидкости,  средняя скорость. Уравнение Бернулли.  Вихревые и безвихревые движения. Задания № 5.1 - №5.5. 6. 

Теория  размерности.  Число  Рейнольдса. Режимы  движения  жидкости  и  основы гидродинамичес-кого подобия. Задания №6.1 -6.5. 7. 

Гидравлические  сопротивления.  Потери напора. Формула Дарси - Вейсбаха. Формула 1  Блазиуса.  Местные  сопротивления.  Задания №7.1 -№7.2. 8. 

Гидравлические  сопротивления.  Потери

напора.  Формула Дарси-Вейсбаха.  Местные сопротивления. Задания №8.1 -№8

Учебно-методические материалы по дисциплине

Основная литература

, , Теоретическая гидромеханика. М.: Физматгиз, 1963г., ч.1., 584с. , , Теоретическая гидромеханика. М.: Физматгиз, 1963г., ч.2., 728с. , ,   Механика жидкости и газа. М.: ИКЦ «Академкнига», 2003г., 464с. , , . Сборник

  задач по гидравлике и газодинамике для нефтяных вузов. М.:

  Недра,1990г., 238с.

Дополнительная литература

Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987г., 840с. , Сборник задач и упражнений по технической гидромеханике. М.: Физматгиз, 1963г.,198с.

СОДЕРЖАНИЕ


Цели и задачи дисциплины        …………………………...3         Система оценки знаний студентов        ……………..................... 3  Содержание дисциплины

Распределение часов по видам занятий…………………...............4        

Наименование тем лекционных занятий

и их содержание        ……………......................5

Наименование тем практических занятий

и их содержание, объём в часах        ……………......................5

Самостоятельная работа студентов под

руководством преподавателя (СРСП)……………………...... 6

Самостоятельная работа студентов (СРС)        …………............8

График проведения занятий        ……………......................8

4.        Учебно-методические материалы

по дисциплине        …………….......................10