Базовая рабочая программа дисциплины Гидравлика

УТВЕРЖДАЮ

Проректор-директор института

_____________

«___»_____________2014 г.

БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

ГИДРАВЛИКА

Направление (специальность) ООП

20.03.02  Природообустройство и водопользование

Профиль подготовки

Комплексное использование и охрана водных ресурсов

Квалификация (степень)  Бакалавр техники и технологий

Базовый учебный план приема  2014 г.

Курс  4  семестр 7

Количество кредитов  6

Код дисциплины  ДИСЦ. В.1.3.2

Виды учебной деятельности	Временной ресурс по очной форме обучения
Лекции, ч	32
Практические занятия, ч	32
Лабораторные занятия, ч	32
Аудиторные занятия, ч	96
Самостоятельная работа, ч	120
ИТОГО, ч	216

Вид промежуточной аттестации  экзамен, дифф. зачет

Обеспечивающее подразделение кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии

И. о.зав. кафедрой ____________________д. г.-м. н., профессор

(ФИО)

Руководитель ООП ____________________к. г-м. н., доцент

(ФИО)

Преподаватель  _____________________ к. г.н., доцент

(ФИО)

2014 г.

1. Цели освоения модуля (дисциплины)

Цели освоения дисциплины:

Ц1) Готовность выпускников к производственно-технологической и проектной деятельности, обеспечивающей модернизацию, внедрение и эксплуатацию современных мелиоративных и инженерно-экологических систем, систем рекультивации земель, природоохранных комплексов, водохозяйственные системы, а также другие природно-техногенных комплексов, повышающих полезность компонентов природы.

Ц4) Готовность выпускников к умению обосновывать и отстаивать собственные заключения и выводы в аудиториях разной степени междисциплинарной профессиональной подготовленности

Ц5) Готовность выпускников к самообучению и непрерывному профессиональному самосовершенствованию в условиях автономии и самоуправления.

Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к инженерным изысканиям в области природообустройства и водопользования и дает студентам необходимые знания об основных закономерностях равновесия и движения жидкостей, основных параметрах и способах расчета потоков в трубопроводах и открытых руслах; способах гидравлического обоснования размеров основных сооружений на открытых потоках; основах фильтрационных расчетов.

2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП

Дисциплина «Гидравлика» относится к базовой части Профессионального цикла.

Дисциплине «Гидравлика» предшествует освоение дисциплин (ПРЕРЕКВИЗИТЫ):

Математика Физика

Из дисциплины «Математика» студент должен знать и уметь использовать методы:

методы математического анализа в части дифференциального и интегрального исчисления; основы теории вероятности и математической статистики;

Из дисциплины «Физика» студент должен знать и уметь использовать:

физические основы механики, законы Ньютона, уравнение движения, законы сохранения (импульса, момента импульса, энергии), законы термодинамики, первое начало термодинамики, второе начало термодинамики, физику колебаний и волн, уравнение механических гармонических колебаний.

Содержание разделов дисциплины «Гидравлика» согласовано с содержанием дисциплин, изучаемых параллельно (КОРЕКВИЗИТЫ):

Регулирование стока

3. Результаты освоения дисциплины (модуля)

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины  направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения),  в т. ч. в соответствии с ФГОС:

Таблица 1

Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины

Результаты обучения (компетенции из ФГОС)	Составляющие результатов обучения
Код	Знания	Код	Умения	Код	Владение опытом
Р1 Приобретать и использовать глубокие математические, естественнонаучные, социально-экономические и инженерные знания в междисциплинарном контексте инновационной профессиональной деятельности	З.4.4	Основные закономерности равновесия и движения жидкостей, основные параметры и основы фильтрационных расчетов	У.4.4.	Уметь проводить эксперименты в лабораторных условиях.	В.4.4	Иметь навыки получения, обработки, анализа и оценки достоверности полученных материалов.
Р2 Применять глубокие профессиональные знания для решения задач проектно-изыскательской, организационно-управленческой и научно-исследовательской деятельности в области природообустройства и водопользования	З.4.4	Способы расчета потоков в трубопроводах и открытых руслах; способы гидравлического обоснования размеров основных сооружений на открытых потоках;	У.4.4	Свободно пользоваться научной и справочной литературой	В.4.4	Иметь навыки решения типовых задач по гидравлике, иметь навыки гидравлических расчетов трубопроводов и открытых потоков.

В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:

1.Универсальные (общекультурные) – ОК-1, ОК -3

способность/готовность 

владеть культурой мышления, способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения умение логически верно, аргументированно и ясно строить устную и письменную речь

2. Профессиональные – ПК-1, ПК -2, ПК-5

способность

использовать основные законы естественнонаучных дисциплин, методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования при решении профессиональных задач предусмотреть меры по сохранению и защите экосистемы в ходе своей общественной и профессиональной деятельности проводить изыскания по оценке состояния природных и природно-техногенных объектов для обоснования принимаемых решений при проектировании объектов природообустройства и водопользования

В результате освоения дисциплины «Гидравлика» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:

Таблица 2

Планируемые результаты освоения дисциплины

№ п/п	Результат
РД1	Приобретать и использовать глубокие математические, естественнонаучные, социально-экономические и инженерные знания в междисциплинарном контексте инновационной профессиональной деятельности
РД2	Применять глубокие профессиональные знания для решения задач проектно-изыскательской, организационно-управленческой и научно-исследовательской деятельности в области природообустройства и водопользования
РД7	Самостоятельно приобретать с помощью новых информационных технологий знания и умения и непрерывно повышать квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности

4. Структура и содержание дисциплины

Раздел 1. Гидростатика

Введение в гидравлику. Гидростатическое давление. Основные уравнения гидростатики. Давление жидкости на плоские и криволинейные поверхности

Перечень лабораторных работ по разделу:

Лабораторная работа 1. Изучение физических свойств жидкости

Лабораторная работа 2. Изучение приборов для измерения давления

Раздел 2. Основные понятия и законы кинематики и динамики жидкости

Основные понятия гидродинамики. Дифференциальные уравнения Эйлера, Навье-Стокса. Уравнение неразрывности. Уравнения Бернулли. Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли

Перечень лабораторных работ по разделу:

Лабораторная работа 3. Измерение гидростатического давления

Лабораторная работа 4. Изучение структуры потоков жидкости

Лабораторная работа 5. Определение режима течения

Лабораторная работа 6. Иллюстрация уравнения Бернулли

Раздел 3. Потери напора при движении жидкости

Гидравлические сопротивления. Основные уравнения равномерного движения жидкости. Формулы Дарси-Вейсбаха и Шези. График Никурадзе. Формулы коэффициентов Дарси и Шези. Местные потери напора. 

Перечень лабораторных работ по разделу:

Лабораторная работа 7. Определение местных потерь напора

Раздел 4. Трубопроводы, отверстия, насадки

Классификация напорных систем. Основы расчета трубопроводов. Гидравлический удар. Истечение жидкости из отверстий и насадков.

Перечень лабораторных работ по разделу:

Лабораторная работа 8. Определение потерь напора по длине

Лабораторная работа 9. Изучение работы водопропускной трубы

Лабораторная работа 10. Определение коэффициента шероховатости

Раздел 5. Движение жидкости в открытых руслах. Специальные вопросы

Схема и особенности равномерного безнапорного установившегося движения потока жидкости в руслах. Гидравлический прыжок. Водосливы. Основы теории фильтрации жидкости в пористых средах.

Перечень лабораторных работ по разделу:

Лабораторная работа 11. Исследование гидравлического прыжка

Лабораторная работа 12. Изучение водослива с тонкой стенкой

Лабораторная работа 13. Изучение водослива с широким порогом

Лабораторная работа 14. Изучение водослива практического профиля

Раздел 6. Основные понятия и определения в области речной гидравлики

Уравнение равномерного движения открытого потока. Построение кривых расходов речных потоков. Применение уравнения равномерного движения к отдельным вертикалям речного потока. Расчет распределения скоростей по ширине потока. Турбулентная пульсация. Уравнение неравномерного движения открытого потока. Основные зависимости, используемые при изучении неравномерного течения в реках. Основные уравнения неустановившегося движения воды в водотоках.

Практическая работа 1 Построение кривых расходов воды

Практическая работа 2 Расчёт параметров канала с заданным расходов воды.

Раздел 7. Методы расчёта свободной поверхности и плана течений

Методы построения кривых свободной поверхности речных потоков (, , ). Поперечные циркуляции. План течений и его построение по данным измерений и расчётным способом.

Практическая работа 3 Построение кривой свободной поверхности

Раздел 8. Распространение растворов и тепла в потоках

Уравнения турбулентной диффузии и турбулентной теплопроводности. Уравнение установившейся турбулентной диффузии в форме конечных разностей. Учёт начальных и граничных условий при расчёте диффузии. Расчёт кратности разбавления методами Фролова-Родзиллера и Лапшева.

Практическая работа 4 Методы расчёта распространения примесей в водотоках и водоемах

Раздел 9. Механизм эрозии, транспорта и аккумуляции наносов

Общие сведения о речных наносах. Гидравлическая крупность. Начальная скорость донного влечения. Взвешивание наносов. Распределение мутности по вертикали. Транспортирующая способность потока. Баланс наносов участка реки. Методы расчёта стока взвешенных и влекомых наносов.

Практическая работа 5 Методы расчёта твердого стока

Раздел 10. Русловые процессы и деформации речных русел

Типы русловых процессов. Устойчивость речных русел. Морфометрические соотношения. Критерии устойчивости речных русел. Расчёт деформаций русла при наличии данных о мутности потока. Оценка вертикальных деформаций речных русел. Оценка плановых деформаций речных русел.

Практическая работа 6 Определение типа руслового процесса

6. Организация и учебно-методическое обеспечение

самостоятельной работы студентов

6.1. Виды и формы самостоятельной работы

       Самостоятельная работа студентов включает текущую и творческую проблемно-ориентированную самостоятельную работу (ТСР).

Текущая СРС направлена на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений и включает:

работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации по индивидуально заданной проблеме курса; выполнение домашних заданий, домашних контрольных работ; опережающая самостоятельная работа; подготовка к контрольной работе, к экзамену. изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; подготовка к лабораторным работам.

Творческая самостоятельная работа включает:

поиск, анализ, структурирование и презентация информации;  выполнение расчетно-графических работ; исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах; анализ научных публикаций по определенной теме;

6.3. Контроль самостоятельной работы

       Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.

Самоконтроль организован в электронной версии курса, контроль со стороны преподавателей предусмотрен на лекционных и лабораторных занятиях в форме устных и письменных ответов на поставленные вопросы, защиты лабораторных работ, индивидуальных заданий, сдаче зачета.

7. Средства текущей и промежуточной оценки качества освоения дисциплины

Оценка качества освоения дисциплины производится по результатам следующих контролирующих мероприятий:

Контролирующие мероприятия	Результаты обучения по дисциплине
Защита отчета по лабораторной работе	РД1, РД2
Контрольная работа	РД1, РД2
Защита ИДЗ. Презентации по тематике исследований во время проведения конференц-недели	РД7

Для оценки качества освоения дисциплины при проведении контролирующих мероприятий предусмотрены следующие средства:

Примеры вопросов входного контроля:

Что такое Архимедова сила Плотность жидкости (опред., ед. измерения). Особые свойства воды. Почему жидкость в капиллярах может подниматься

Примеры контрольных вопросов, задаваемых при защитах лабораторных работ:

Назовите два способа описания движения жидкости Что такое линия тока, чем она отличается от траектории Объясните, что такое установившееся и неустановившееся движение жидкости Что такое трубка тока Что такое элементарная струйка Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости Что такое полный или гидродинамический напор Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости Уравнение Бернулли для потока Гидравлический уклон Пьезометрический уклон Что такое поток жидкости

Примеры вопросов для самоконтроля:

В чем заключается способ Лагранжа для описания движения жидкости В чем заключается способ Эйлера для описания движения жидкости Что понимается под малым отверстием, большим отверстием? Есть ли и почему различия в расчетах истечения из малого и большого отверстий? Что понимается под тонкой стенкой, насадком, короткой трубой? Что такое полное и неполное, совершенное и несовершенное сжатие струи? Как взаимосвязаны коэффициенты сжатия, скорости, расхода, и местного сопротивления малого отверстия? Каков физический смысл этих коэффициентов? Факторы, влияющие на коэффициенты скорости и расхода при истечении через малое отверстие в тонкой стенке. Что называют насадком? Какие виды насадков Вы знаете и каково их практическое применение? Что называется водосливом? Что называется верхним, нижним бьефом; напором, гребнем (порогом) водослива? Чем отличается статический и полный напор на водосливе? Как классифицируются водосливы по форме и размерам продольного сечения  (поперечному профилю) водосливной стенки? Как классифицируются водосливы по форме отверстия водослива Какие водосливы называются неподтопленными и подтопленными? В каком из этих водосливов при равных напорах расход больше? Какая струя при истечении через водослив с тонкой стенкой называется свободной, отжатой, подтопленной, прилипшей? Какая из них наиболее устойчива? В чем заключается отличие призматических русел от непризматических? Что называется кривой подпора и кривой спада? Какие знаки имеет производная dh/dl в каждом случае? Схема и особенности равномерного движения потока жидкости в открытом русле. Основные расчетные формулы для равномерного движения воды в каналах Гидравлические характеристики канала Что такое гидравлически наивыгоднейшее сечение канала? Допустимые скорости воды в каналах Что такое удельная энергия сечения? Что называется критической глубиной, как она определяется и от чего зависит? Какое состояние потока называется бурным, спокойным? По каким признакам оно определяется? Что такое нормальная глубина, когда она становится критической? Какой уклон называется критическим и как он определяется? Что такое гидравлический прыжок, совершенный и несовершенный гидравлический прыжок?

Примеры вопросов, выносимых на экзамен:

Жидкость. Идеальные и реальные, ньютоновские и неньютоновские жидкости. Физические свойства жидкости. Силы, действующие в жидкости. Гидростатика. Гидростатическое давление и его свойства. Основное уравнение гидростатики. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера). Поверхности равного давления. Понятия пьезометрической высоты пьезометрического и геометрического напора. Закон Паскаля. Давление жидкости на плоские и криволинейные поверхности. Эпюры давления. Гидростатический парадокс. Гидравлические сопротивления. Линейные и местные потери напора. Формула Вейсбаха. Коэффициент Дарси. Коэффициент Шези. Общая формула потерь напора по длине при равномерном движении. Формула Дарси-Вейбаха. Шероховатость, ее влияние на потери напора при движении жидкости. Гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые трубы. Зависимость потерь напора от скорости и режима движения жидкости. Удельная энергия сечения, критическая глубина, спокойное, бурное и критическое состояние потока в открытом русле. Гидравлический прыжок. Движение жидкости в каналах. Гидравлические характеристики канала. Гидравлически наивыгоднейшее поперечное сечение канала. Допустимые скорости воды в каналах. Основные расчетные зависимости для равномерного движения в каналах и руслах рек Основные показатели, характеризующие водопроницаемость пород. Закон Дарси. Критерии подобия. Геометрическое, кинематическое, динамическое подобие. Физический смысл критерия Рейнольдса.

8. Рейтинг качества освоения дисциплины (модуля)

Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется  в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от  29.11.2011 г.

В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:

текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов); промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).

Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных  в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература:

Гидравлика: Учебник для вузов — 5-е. изд. репринтное. — М.: , 2008. — 672 с. и др. Гидравлика, гидрология, гидрометрия: Учеб. для вузов в 2-х частях. Общие законы.- М.: Высш. шк., 1987. - - ч. 1, ч. 2. Штеренлихт. Гидравлика: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 2004. –640с. Практикум по гидравлике на портативной лаборатории «Капелька». Методические указания к лабораторным работам / , . - Томск: Изд-во Томск. архит.-строит. ун-та, 2007.-28 с.

Дополнительная литература:

, Гидравлика. Методические материалы по курсу «Гидравлика» для студентов II курса по направлению 280302 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». Часть I., Часть II.  – Томск: ТПУ, 2009. Гидравлика, водоснабжение, канализация. – М.: Стройиздат, 2000. – 397 с. ,   Гидравлика. Основы Гидрологии.- М.: Энергоатомиздат, 1993. –448с.: ил. , Сборник задач и руководство к практическим занятиям по основам гидравлики и гидрометрии. – М.: Недра, 1990. – 171 с.

Internet–ресурсы:

ВНИИГМИ МЦД – www. meteo. ru Госудамрственный гидрологимческий институмт (ГГИ) - http://www. hydrology. ru/ Информационная система  vuz. kodeks. ru

В электронной библиотеке ТПУ:  http://lib. tpu. ru

, Гидравлика. Методические материалы по курсу «Гидравлика». Часть I. – Томск: ТПУ, 2009. – 112 с. , Гидравлика. Методические материалы по курсу «Гидравлика». Часть II. – Томск: ТПУ, 2009. – 124 с.

Видеоресурсы

Видеопрезентация гидравлической портативной лаборатории «Капелька». , . - Томск: Томск. архит.-строит. ун-т, 2007

Используемое программное обеспечение:    MS Excel

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Указывается материально-техническое обеспечение дисциплины: технические средства, лабораторное оборудование и др.

№ п/п	Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование)	Корпус, ауд., количество установок
1	Компьютерный класс	Корпус 20, ауд. 513

Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 20.03.02 «Природообустройство и водопользование» и профилю подготовки «Комплексное использование и охрана водных ресурсов»

Программа одобрена на заседании кафедры

Гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии

(протокол № ____ от «___» _______ 201__ г.).

Автор

Рецензент