1. Цели и задачи изучения дисциплины



жүктеу 178.82 Kb.
Дата12.04.2019
өлшемі178.82 Kb.
түріЗакон



1. Цели и задачи изучения дисциплины


Целью дисциплины является усвоение аспирантами знаний о законах движения жидкостей и газов, приобретение умений и навыков решения прикладных вопросов гидроаэромеханики для объектов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. 
По завершению освоения данной дисциплины аспирант способен и готов:
- Обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цель и выбирать пути ее достижения;

- самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности;

- анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику;

- выявить естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способностью привлечь для их решения соответствующий физико-математический аппарат;

- анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования;

- использовать информационные технологии в своей предметной области;

- определять и обеспечивать эффективные режимы технологического процесса по заданной методике;

- планировать экспериментальные исследования;

- выполнять экспериментальные исследования по заданной методике, обрабатывать результаты – экспериментов;

- выполнять типовые расчеты в области гидромеханики и гидравлики.



Задачами дисциплины являются: 

- приобретение теоретических знаний о закономерностях движения жидких и газообразных сред, необходимых для изучения дисциплин профильной подготовки;

- приобретение студентами знаний об особенностях движения жидкостей и газов в каналах различного типа и формы;

- изучение студентами методов расчета гидродинамических параметров внешних и внутренних течений жидкости и газа;

- обучение методам расчета силового взаимодействия жидкостей и газов с обтекаемыми твердыми телами;

- изучение особенностей течений до-, около и сверхзвуковых потоков;

- приобретение студентами навыков решения прикладных гидравлических задач;

- знакомство с экспериментальными способами измерения параметров состояния жидкости и характеристик потока. 

2. Место дисциплины в структуре ОПОП

Дисциплина «Гидроаэромеханика» относится к Вариативной части Дисциплинам по выбору основных профессиональных образовательных программ высшего образования - программ подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре. Зачет по данной дисциплине является формой промежуточной аттестации при освоении программ подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре. Данная дисциплина направлена на подготовку к сдаче кандидатского экзамена по специальности 01.02.05 Механика жидкости, газа и плазмы.



3. Требования к результатам освоения дисциплины

В результате изучения дисциплины аспирант формирует следующие компетенции:



Общепрофессиональные компетенции:

- Готовность организовать работу исследовательского коллектива в области механики жидкости, газа и плазмы и смежных наук (ОПК-8)



Профессиональные компетенции:

- Способность к самостоятельному проведению научно-исследовательской работы и получению научных результатов, удовлетворяющих установленным требованиям к содержанию диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по специальности 01.02.05 Механика жидкости, газа и плазмы (ПК-1);

- Способность проводить обработку и анализ научных результатов, обобщать в виде научных статей для ведущих профильных журналов (ПК-3);

- Способность свободно владеть фундаментальными разделами математики и механики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач механики жидкости, газа и плазмы (ПК-5);

- Способность использовать знания современных проблем и новейших достижений механики жидкости газа и плазмы в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-6).



В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования: 

Знать:
- теоретические основы движения жидкостей и газов;

- основные источники научно-технической информации по основным разделам гидроаэромеханики;

- методы расчета гидродинамических и газодинамических параметров рабочих сред в каналах произвольной формы;

- методы расчета движения грунтовых вод.



Уметь: 

- использовать основные законы движения жидкостей и газов в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

- самостоятельно разбираться в стандартных методиках расчета сил гидростатического давления, в методиках расчета движения жидкостей и газов и применять их для решения конкретных задач;

- осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию, относящуюся к исследованиям движущихся жидких сред.

Владеть:
- основными методами измерений, обработки результатов и оценки погрешностей измерений в объеме, достаточном для практического применения в экспериментальных исследованиях потоков жидкости и газа;

- методиками проведения типовых гидродинамических расчетов;

- навыками дискуссии по профессиональной тематике;

- навыками поиска информации о гидродинамических исследованиях.



4. Структура дисциплины

4.1. Приведенная ниже таблица отражает распределение учебного времени, отводимого на освоение основных разделов курса Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единиц – 108 часов.







Наименование

дисциплины

Объем учебной работы (в часах)

Вид

итогового

контроля

Всего

Всего аудит.

Из аудиторных

Сам.

Работа


Лекц.

Лаб.

Прак.

КСР.

1

Гидроаэромеханика

108

108

72




36







Зачет



5. Содержание дисциплины



Тема 1. Свойства и модели жидких сред (4 ч)

Предмет, методы и аксиоматика гидроаэромеханики. Физические свойства жидкостей. Модели жидких сред. Жидкая частица и жидкий объем, местная мгновенная скорость.
Тема 2. Кинематика и условие сплошности течений несжимаемой жидкости (4 ч)

Метод Эйлера описания движения жидкости; ускорение жидкой частицы, понятие установившегося течения; линии и трубки тока, их свойства; расход жидкости. Явление турбулентности: число Рейнольдса и его физический смысл; режимы течения жидкости; структура и характеристики турбулентного потока. Условие сплошности и явление кавитации.

Тема 3. Гидростатика (4 ч)

Основная формула гидростатики; абсолютное, вакуумметрическое, избыточное давления; пьезометрическая, вакуумметрическая, приведенная высоты. Понятие о напоре. Относительный покой жидкости. Силы давления: общие выражения для сил давления; силы равномерно распределенного давления; силы давления на плоские стенки в тяжелой жидкости; силы давления на криволинейные поверхности в тяжелой жидкости, тело давления.

Тема 4.  Гидродинамика одномерных течений несжимаемой жидкости (4 ч)

Одномерная модель реальных потоков, плавноизменяющиеся течения и их свойства. Уравнение Бернулли для потока вязкой несжимаемой жидкости, коэффициенты кинетической энергии и количества движения, их физический смысл; геометрическая трактовка уравнения Бернулли (диаграмма напоров).

Тема 5.  Гидравлические сопротивления (4 ч)

Основные закономерности процесса диссипации механической энергии, структура общих формул для потерь напора; классификация и характер гидравлических сопротивлений; равномерное течение; коэффициент трения и потери по длине на гидравлическое трение, коэффициент гидравлического трения. Местные сопротивления. Истечение жидкости из отверстий и насадков. Методы и задачи расчета простых трубопроводов в гидравлических системах энергетических объектов.
Тема 6. Нестационарные процессы в водоподводящих сооружениях ГЭС с напорной деривацией (4 ч)

Нестационарное движение воды в напорной деривации ГЭС с уравнительным резервуаром. Волновые уравнения одномерного нестационарного движения жидкости, формула Н.Е. Жуковского и скорость звука. Волновые процессы в напорных водоводах, прямой и непрямой гидравлические удары; первофазный, предельный и обратный гидравлический удар.

Тема 7. Равномерное установившееся движение воды в открытых руслах (4 ч)

Равномерное установившееся безнапорное движение воды; геометрические характеристики наиболее часто встречающихся сечений каналов, гидравлически наивыгоднейший профиль и сечение канала, допустимые скорости движения воды в каналах. Понятия удельной энергии сечения, критической и нормальной глубины потока, критического уклона дна; спокойное, бурное и критическое состояния потока. Особенности движения воды на переходных участках открытого русла и способы его расчета.

Тема 8. Водосливы (4 ч)

Терминология и классификация водосливов; неподтопленный водослив с широким порогом; подтопленный водослив с широким порогом; прямые водосливы с тонкой стенкой; водосливы практического очертания; гашение энергии за водосливами.
Тема 9. Неравномерное установившееся движение воды в открытых руслах (6 ч)

Дифференциальные уравнения неравномерного плавно изменяющегося установившегося движения воды в каналах: основное дифференциальное уравнение неравномерного движения воды (первый вид); второй вид основного дифференциального уравнения неравномерного движения воды, параметр кинетичности. Кривые свободной поверхности неравномерного плавно изменяющегося движения воды в цилиндрическом русле. Интегрирование дифференциального уравнения неравномерного плавно изменяющегося движения воды по способу Бахметева.

Тема 10. Гидравлический прыжок и формы свободной поверхности при резком изменении уклона дна (4 ч)

Гидравлический прыжок: основное уравнение прыжка, прыжковая функция и сопряженные глубины; виды гидравлического прыжка; потеря энергии в гидравлическом прыжке. Формы свободной поверхности при резком изменении уклона дна.

Тема 11. Сопряжение бьефов (4 ч)

Сопряжение бьефов каналами: общие положения; расчет короткого канала с уклоном дна меньше критического; расчет короткого канала с уклоном дна больше критического; сопряжение двух водоемов с помощью длинного канала. Сопряжение бьефов при устройстве плотин.

Тема 12. Неустановившееся безнапорное движение воды (4 ч)

Дифференциальные уравнения одномерного медленно изменяющегося неустановившегося движения в открытых руслах и результаты их решения в случае простейшего русла; отражение волн перемещения; гидравлический прыжок как остановившаяся волна перемещения. 

Тема 13.  Установившееся движение грунтовой воды (4 ч)

Основные характеристики грунта и коэффициент фильтрации, формула Дарси; дифференциальное уравнение установившегося неравномерного плавно изменяющегося движения грунтовых вод при линейном законе фильтрации, расчет кривых свободной поверхности при линейном законе фильтрации. Основные дифференциальные уравнения установившегося резко изменяющегося напорного движения грунтовой воды, напорная функция, потенциал скорости, функция тока и гидродинамическая сетка, расчет подземного контура сооружений.

Тема 14. Основные понятия и определения. Основы статики и кинематики жидкостей и газов (6 ч). Основные уравнения сохранения применительно к жидким средам и их применение для измерений параметров потоков

Предмет гидроаэромеханики. Классификация жидкостей. Сжимаемость, сплошность, вязкость. Силы в жидких средах: поверхностные и массовые. 
Уравнения неразрывности и расхода. Дифференциальные и интегральные формы уравнения неразрывности.

Уравнения движения для идеальной жидкости (уравнение Эйлера). Интегралы уравнений движения (интеграл Бернулли).

Интегральные формы уравнения энергии.

Методы изучения жидкостей и газов. Методы измерения параметров потоков газов и жидкостей.

Тема 15. Одномерное движение жидких и газообразных сред (6 ч). Истечение жидкостей и газов из суживающихся сопл. Скорость звука. Одномерный установившийся поток идеальной сжимаемой жидкости. Максимальная скорость, критическая скорость. Число Маха и число λ, связь между ними. Газодинамические функции ε, ρ, τ. Критические параметры.

Движение установившегося одномерного потока идеальной сжимаемой жидкости по каналу произвольной формы. Уравнение Гюгонио. Течение в суживающемся сопле. Изменение расхода через сопло. Удельный расход и приведенный удельный расход.
Уравнение сохранения энергии для струйки тока при установившемся движении сжимаемой жидкости. Понятия энтальпии и энтропии. 

Тема 16. Сверхзвуковые течения (2 ч)

Распространение в потоке конечных возмущений давления. Прямой скачок уплотнения. Ударная адиабата. Уравнение Прандтля. Измерение скоростей в до- и сверхзвуковых потоках.

Сопло Лаваля. Изоэнтропийные режимы течения в сопле Лаваля. Необходимые и достаточные условия перехода к сверхзвуковым скоростям. 
Режимы течения в сопле Лаваля. Образование косого скачка уплотнения. Основные соотношения для косого скачка уплотнения.

Тема 17. Особенности течения рабочих сред в элементах проточных частей энергетического оборудования (турбинах, компрессорах, ветряках) (4 ч).

Теорема о сохранении количества движения для установившегося течения струйки идеальной жидкости. Теорема Жуковского о подъемной силе.
Воздушный винт и ветряк. Теория идеального струйного винта. Элементы теории крыла. Применение методов газовой динамики при расчете реактивной силы (тяги). 
Анализ течения в тракте идеального прямоточного воздушного реактивного двигателя (ВРД). Влияние режима течения в выходном сопле на величину силы тяги.
Течение в проточной части газовой (паровой) турбины и компрессора.


5.1. Практические занятия:

  • Методы расчета уравнительного резервуара ГЭС с напорной деривацией.

  • Методы расчета гидравлического удара в турбинных напорных водоводах ГЭС.

  • Основные задачи при расчете трапецеидальных каналов на равномерное движение воды.

  • Построение кривой свободной поверхности плавно изменяющегося движения воды в нецилиндрическом русле способом Чарномского.

  • Методы расчета прямоугольных водосливов различного типа.

  • Энергетические характеристики потока с гидравлическим прыжком.

  • Методы расчета расположения гидравлического прыжка в цилиндрическом русле.

  • Расчет водоподводящих сооружений ГЭС с открытой деривацией в различных водноэнергетических режимах. 

  • Расчет подземного контура сооружений.

6. Образовательные технологии

1. В учебном процессе предусмотрено широкое использование активных и интерактивных форм проведения занятий (семинаров в диалоговом режиме, дискуссий, компьютерных симуляций, разбора конкретных ситуаций, групповых дискуссий) в сочетании с конкретной научно-исследовательской работой в области математики и механики.

2. Сопровождение преподаваемого материала слайдами, подготовленными с использованием современных компьютерных технологий (программный пакет презентаций Microsoft Office Powerpoint), проецируемых на экран с помощью видеопроектора. Показ компьютерных моделей химических соединений и их спектров. Демонстрация фильмов.

4. Использование специального программного обеспечения и интернет-ресурсов для обучения в ходе практических работ.

5. Возможна самостоятельная работа: в домашних условиях, в читальном зале библиотеки, на компьютерах с доступом к базам данных и ресурсам Интернет, в лабораториях с доступом к лабораторному оборудованию и приборам.

Самостоятельная работа подкрепляется учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим учебники, учебно-методические пособия, конспекты лекций, учебное и научное программное обеспечение, ресурсы Интернет.


7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Цель контроля - получение информации о результатах обучения и степени их соответствия результатам обучения.

Формы контроля знаний – устный групповой опрос, контрольные работы, дифференцированный зачет в конце дисциплины, включающий теоретические вопросы, расчетно-графическая работа.

7.1 Паспорт фонда оценочных средств по дисциплине


№ п/п

Контролируемые разделы (темы) дисциплины (результаты по разделам))

Код контролируемой компетенции (или её части)

наименование оценочного

средства



1

1-17




Ответы на контрольные вопросы.

2

Практические занятия




Реферат


7.2. Темы рефератов Темы рефератов формируются в зависимости от тем научного исследования аспирантов. Тема реферата может являться главой диссертации (расчет основных параметров, создание методики теплофизического расчета и др.). Объем реферата – 30-50 страниц. Реферат сдается на проверку преподавателю за 2 недели до окончания курса, после проверки защищается на зачетном занятии.
Контрольные вопросы:

1. Сжимаемые и несжимаемые жидкости и их свойства.

2. Понятие о реальной и идеальной жидкости.

3. Чем отличается жидкость от твердого тела и газ от жидкости?

4. Что называется плотностью и объемным (удельным) весом жидкости и как они связаны между собой?

5. Поясните такие свойства жидкости, как сжимаемость, модуль упругости и коэффициент объемного расширения?

6. Какое свойство жидкости называется вязкостью, и в каких единицах она из- меряется?

7. Поясните свойство жидкости, называемое текучестью.

8. Назовите особые свойства жидкости. 9. Какие силы действуют на жидкость?

10.Что называется гидростатическим давлением?

11.Назовите основные свойства гидростатического давления.

12.Докажите, что давление в данной точке направлено по нормали к площадке действия и не зависит от ориентировки, т.е. от угла наклона площадки действия.

13.Выведите дифференциальные уравнения для покоящейся жидкости.

14.Дайте понятие о потенциальной функции и о потенциальной силе.

15.Чему равна величина гидростатического давления в случае жидкости, находящейся под действием только силы тяжести?

16.Дайте определение пьезометрической и вакууметрической высот.

17.Дайте определения понятиям потенциальная энергия и потенциальный напор жидкости.

18.Как определить силу гидростатического давления, действующую на плос- кую фигуру любой формы?

19.Дайте определение центра давления, и как он определяется?

20.Дайте определение абсолютному, избыточному давлениям, вакууму. Какими приборами измеряется давление и вакуум?

21.Напишите общее уравнение статики атмосферы и объясните его физический смысл.

22.Чему равна сила гидростатического давления, действующая на плоские прямоугольные фигуры?

23.Какие силы действуют не стенки прямоугольной и изогнутой трубы?

24.Назовите простейшие виды гидравлических машин и объясните принцип их работы?

25.Объясните условия равновесия плавающих тел.

26.С какими двумя типами задач приходится иметь дело при рассмотрении движения жидкости?

27.Какие методы исследования движения жидкости вы знаете?

28.Напишите дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости, и чем они отличаются от уравнений для покоящейся жидкости?

29.Объясните понятие о потенциале скорости и о потенциальном движении жидкости.

30.Что называется установившимся и не установившимся режимом движения жидкости? Что такое линия тока и элементарная струйка?

31.Дайте определение таким понятиям, как: живое сечение, расход жидкости, средняя скорость и эпюра скоростей.

32.Назовите гидравлические элементы живого сечения.

33.Вывести уравнение Бернулли для элементарной струйки с учетом изменения кинетической энергии и работы всех сил.

34.Какое значение имеют три слагаемых в уравнении Бернулли?

35.Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли. 36.Напишите уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости.

37.Дайте определение полному напору для целого потока.

38.Напишите уравнение Бернулли для целого потока реальной жидкости.

39.Какие режимы движения жидкости вы знаете? Что такое критическое значение числа Рейнольдса.

40.Вывести уравнение гидравлического количества движения для установишегося режима движения.

41.Как определяются потери напора по длине трубопровода? Напишите формулу Дарси-Вейсбаха.

42.Как определяются потери напора по длине трубопровода при ламинарном и турбулентном движении жидкости? Напишите формулы Пуайзеля, Блазиуса, Альтшуля.

43.Как определить потери напора на местные сопротивления? Напишите формулы Дарси, Борда.

44.Как определяются короткие и длинные трубопроводы.

45.Найти скорость и расход при истечении жидкости через отверстия в тонкой стенке.

46.Найти скорость и расход при истечении жидкости через насадки.

47.Определить расход воды при ее истечении при переменном напоре.

48.Определить расход и скорость при истечении сжимаемой жидкости через отверстия и насадки.

49.Что такое водомер Вентури? Дать описание устройства, написать формулы расхода и коэффициента расхода.

50.Напишите уравнение фильтрации воды через мелкозернистый грунт, земляную плотину. Что такое кривая депрессии?

51.Какие силы приводят в движение воздушные массы?

52.Какие силы действуют на движущееся в жидкости тело?

53.От чего зависит величина коэффициента подъемной силы?

54.Как используется энергия набегающего потока жидкости для технических целей.

55.Назовите силы, действующие на гидротехнические сооружения, на стенки трубопроводов и опоры.

56.Дайте определение явлению гидравлический удар в трубопроводах. Что такое прямой и обратный гидравлический удар? Какие меры борьбы с гидравлическим ударом вы знаете?

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:


  1. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: Учебник для вузов. – М.: Машиностроение, 1987.

  2. Кудинов А.А. Техническая гидромеханика: учеб. пособ. М.: Машиностроение, 2008.

  3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: Учебник для вузов. – 7-е изд., испр. – М.: Дрофа, 2003. 

  4. Попов Д.Н., Панайотти С.С., Рябинин М.В. Гидромеханика: Учебник для вузов. – М.: Из-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. 

  5. Чугаев Р.Р. Гидравлика. -Л.: Энергоиздат. 1982. - 462с.

  6. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Гидрогазодинамика. М. 1984.

  7. Г.С. Самойлович. Гидроаэромеханика. М.1980.

  8. Г.С. Самойлович. Гидрогазодинамика. М.1990.

  9. Зарянкин А.Е., Грибин В.Г. Расчет течений идеальной жидкости. М. 2005.

  10. Зарянкин А.Е., Касилов В.Ф. Сборник задач по гидрогазодинамике. М.1995.

  11. Самойлович Г.С., Нитусов В.В. Сборник задач по гидроаэромеханике. М.1986.


б) дополнительная литература:

  1. Т.Е. Фабер. Гидроаэродинамика. М. 2001

  2. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. Учеб. пособие для машиностроительных вузов / Д.А. Бутаев, З.А. Калмыкова, Л.Г. Подвидз и др. Под. ред. И.И. Куколевского, Л.Г. Подвидза. – 5-е изд., стереотипное. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002 г.

  3. Грибков А.М., Давыдов А.И., Пятигорская Е.И., Филатов С.В. Лабораторный практикум по курсу «Механика жидкости и газа». Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ. 2007.

  4. Филатов С.В. «Расчет водоподводящих сооружений ГЭС». Методическое пособие по курсу «Гидроаэромеханика» для студентов, обучающихся по специальности «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». М.: МЭИ. 2001. 11 с.

  5. Давыдов А.И. Расчет нестационарных процессов в водоподводящих сооружениях ГЭС с напорной деривацией. Методическое пособие по курсу «Гидроаэромеханика» для студентов, обучающихся по специальности «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». М.: МЭИ. 2007. 16 с.

6. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы: Научная электронная библиотека РФФИ www.elibrary.ru., www.power-m.ru; www.utz.ru; www.turboatom.com.ua.; http://ggm.mpei.ru/stud.html;Единое окно доступа к образовательным ресурсам Федерального портала Российское образование http://www.window.edu.ru.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

ИПРИМ РАН располагает материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов теоретической и практической подготовки, предусмотренных учебным планом: •аудитории для проведения лекций, оснащенные компьютером и проектором для показа слайдов компьютерных презентаций. Компьютеры, объединенные в локальную сеть с выходом в Интернет и подключенные к международным и российским научным базам данных и электронной библиотеке с основными международными научными журналами.


Программа составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки: Приказ Минобрнауки России №866 от 30 июля 2014 г. «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 01.06.01 Математика и механика (уровень подготовки кадров высшей квалификации)»


Программа обсуждена на ученом совете ИПРИМ РАН, протокол № 08/15 от 27.10.2015 г.



Составил:

К.ф.-м.н. Гуськов О. Б.


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет