Механика жидкости и газа-1. Забайкальский государственный университет
 Скачать 221.4 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Забайкальский государственный университет» (ФГБОУ ВО «ЗабГУ») Факультет строительства и экологии Кафедра водного хозяйства, экологической и промышленной безопасности УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ для студентов заочной формы обучения по дисциплине «Механика жидкости и газа» для направления подготовки 08.03.01 Строительство профиль «Промышленное и гражданское строительство» Общая трудоемкость дисциплины (модуля)
Краткое содержание курса Перечень изучаемых тем, разделов дисциплины (модуля). Тема 1. Основные физические свойства жидкости. Жидкости и газы как сплошные среды. Сжимаемые и несжимаемые жидкости. Плотность, тепловое расширение, вязкость. Закон вязкого трения. Растворение газов и жидкости. Модель идеальной жидкости. Тема 2. Основные понятия и уравнения гидростатики. Гидростатическое давление и его свойства. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости и их интегрирование для абсолютного и относительного покоя. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Тема 3. Силы, действующие в жидкости. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности. Плавание тел в жидкости. Закон Архимеда. Тема 4. Основные понятия гидродинамики. Основные задачи гидродинамики. Методы изучения движения жидкости. Гидравлические модели потока. Основные понятия кинематики жидкости: траектории и линии тока, трубка тока, элементарная струйка, нормальное сечение, расход. Поток жидкости, средняя скорость. Гидравлический радиус. Тема 5. Основные уравнения гидродинамики. Уравнение неразрывности для одномерного и трехмерного течения несжимаемой жидкости. Уравнение Бернулли для потока вязкой жидкости. Геометрическое и энергетическое толкования уравнения Бернулли. Коэффициент Кориолиса. Примеры использования уравнения Бернулли в технике. Тема 6. Режимы движения жидкости. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. Тема 7. Виды гидравлических сопротивлений. Местные гидравлические сопротивления и их виды. Сопротивление по длине потока. Определение потерь напора по длине при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости. Тема 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Истечение жидкости из малого отверстия в тонкой стенке при переменном напоре. Истечение жидкости через насадки. Тема 9. Гидравлический расчет трубопроводов. Общие сведения и классификация трубопроводов. Методы гидравлического расчета напорных трубопроводов: простых и сложных. Гидравлический расчет коротких трубопроводов. Гидравлический расчет длинных трубопроводов. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Тема 10. Неустановившееся движение жидкости. Гидравлический удар в трубах. Форма текущего контроля Контрольная работа №_1__ Варианты контрольной работы выбираются по предпоследней цифре номера зачетной книжки. Номера задач выбираются по последней цифре номера зачетной книжки. Например, две последние цифры номера в зачетной книжке 29. Вариант будет 2, а номер задачи 1.9; 2.9; 3.9; 4.9. Первая перед точкой цифра соответствует номеру темы в методических указаниях. Методические указания к самостоятельной работе: 1. Общий курс гидравлики: Метод. указания. В 2ч.Ч.1/Разраб. С.Г.Косарев и др. - Чита: ЧитГУ, 2004. - 40 с. В вышеназванных указаниях студентам предложено для самостоятельного решения по одной задаче на каждую тему (4 темы). Каждая тема содержит десять вариантов контрольных задач. Другие формы текущего контроля Выполнение лабораторных работ и защита. Форма промежуточного контроля Вопросы для подготовки к зачету Отличительные особенности жидкости и газа. Кипение и кавитация. Основные физические свойства жидкостей. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера). Графическое изображение членов уравнения Бернулли. Параллельное и последовательное соединение длинных трубопроводов. Трубопроводы с непрерывной раздачей расхода по длине. Гидравлический расчет простых длинных трубопроводов. Эпюра давления. Сила давления жидкости на плоские горизонтальные поверхности. Гидростатический парадокс. Гидравлический расчет коротких трубопроводов. Сила давления жидкости на произвольно ориентированную плоскую поверхность. Определение потерь напора по длине при турбулентном режиме. Сила давления жидкости на криволинейные поверхности. Закон Архимеда. Истечение жидкости через насадки. Типы насадок. Основные понятия гидродинамики. Гидравлические элементы потока. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре. Уравнение Бернулли. Потери напора в местных сопротивлениях. Формула Борда. Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли. Определение потерь напора по длине при ламинарном режиме. Режимы движения жидкости. Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при переменном напоре. Гидростатическое давление и его свойства. Виды гидростатического давления. Приборы для измерения гидростатического давления. Уравнение неразрывности. Основное уравнение гидростатики. Гидравлический удар в трубах. Поверхность равного давления. Виды сопротивления. Оформление письменной работы согласно МИ 4.2-5/47-01-2013 Общие требования к построению и оформлению учебной текстовой документации Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Основная литература: 1. Кудинов, Василий Александрович. Гидравлика: учеб. пособие / Кудинов Василий Александрович, Карташов Эдуард Михайлович. - 3-е изд., стер. - Москва: Высшая школа, 2006. - 199 с.: ил. - ISBN 5-06-005341-5: 317-00. 2. Лапшев, Николай Николаевич. Гидравлика: учебник / Лапшев Николай Николаевич. - 3-е изд., стер. - Москва: Академия, 2010. - 272 с. - (Высшее профессиональное образование). - ISBN 978-5-7695-6714-8: 328-90. 3. Чаплыгин, Сергей Алексеевич. Механика жидкости и газа. Математика. Общая механика. Избранные труды / Чаплыгин С.А. - М. : Издательство Юрайт, 2017. - 429. - (Антология мысли). - ISBN 978-5-534-03803-3 : 128.58. 4. Лойцянский, Лев Герасимович. Механика жидкости и газа : учебник. - 7-е изд. испр. - Москва : Дрофа, 2003. - 840 с. : ил. + табл. - (Классики отечественной науки). - ISBN 5-7107-6327-6 : 254-15. Издания из ЭБС: 1. Кудинов, Василий Александрович. Гидравлика: Учебник и практикум / Кудинов Василий Александрович; Кудинов В.А. - Отв. ред. - 4-е изд. - М.: Издательство Юрайт, 2017. - 386. - (Бакалавр. Академический курс). - ISBN 978-5-534-01120-3: 117.12. Дополнительная литература 1. Голобокова, Галина Ивановна. Гидравлика и теплотехника : учебно-методическое пособие. - Чита : ЗабГУ, 2015. - 136 с. 2. Горячих, Н.В. Гидрогазодинамика : учеб. пособие. - Чита : ЗабГУ, 2014. - 189 с. : ил. - ISBN 978-5-9293-0971-7 : 135-00. 3. Косарев С.Г. Общий курс гидравлики: Метод. указания. В 2 ч.Ч.1/ С.Г.Косарев и др. - Чита: ЧитГУ, 2004. - 40 с. 4. Практикум по мостовой гидравлике на портативной лаборатории «Капелька-3». Метод. указ. к лабораторно-практическим работам/ Г.Д. Слабожанин, Д.Г. Слабожанин. – Томск: Изд-во Томского архит.-строит. ун-та, 2005. – 31 с. Издания из ЭБС: 1. Самарин О.Д. Гидравлические расчеты инженерных систем [Электронный ресурс]: Справоч. пособие / Самарин О.Д. - М.: Издательство АСВ, 2014. - ISBN 978-5-4323-0014-0. 2. Малашкина В.А. Гидравлика. Учебное пособие для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов [Электронный ресурс] / Малашкина В.А. - М.: Горная книга, 2012. - ISBN 978-5-98672-127-9. Собственные учебные пособия 1. Практикум по гидравлике: учеб. пособие /А.В. Маслова, М.А. Босов; ЗабГУ. – Чита: ЗабГУ, 2013. – 125 с. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы* Научная библиотека Забайкальского Государственного Университета, http://library.zabgu.ru/. Научная электронная библиотека eLibrary http://elibrary.ru/. *Указываются базы данных, информационно-справочные и поисковые системы необходимые для проведения конкретных видов занятий по дисциплине. Ведущий преподаватель А.В. Маслова Заведующий кафедрой К.А. Курганович ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ Плотностью жидкости называется ее масса М, заключенная в единице объема W (кг/м3):
Удельным весом называется вес жидкости G, приходящийся на единицу объема W (Н/м3):
Связь между плотностью и удельным весом определяется формулой
где g - ускорение силы тяжести, м/с2 . Сжимаемость жидкостей под действием давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия βW (МПа-1), который представляет собой относительное изменение объема жидкости ∆W на единицу изменения давления ∆р:
где W - первоначальный объем жидкости. Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, представляет собой модуль упругости (Па) жидкости:
Температурное расширение (град-1) жидкости характеризуется коэффициентом температурного расширения βт, выражающим относительное изменение объема жидкости ∆Wна единицу изменения температуры ∆Т:
Поверхностное натяжение жидкости обуславливается силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя, стремящихся сократить свободную поверхность жидкости. Особенно сильно поверхностное натяжение проявляется в трубках весьма малого диаметра (капиллярах), для которых давление, создаваемое силами поверхностного натяжения, равно:
где r - радиус трубки, м; σ - поверхностное натяжение (Н/м), определяемое по формуле:
σ0 - поверхностное натяжение при соприкосновении с воздухом при Т=0 0С. Высота капиллярного поднятия определяется как
Пример. Вода в герметичном водоводе диаметром d=0,4 м и длиной l=1 км находится под давлением р=2.106 Па при температуре воды T1=10 0С. Определить давление воды в водоводе при повышении температуры воды до T2=15 0С. Решение. Объем водовода равен  м3Изменение объема в водоводе при увеличении температуры на ∆Т= T2-T1 =15-10=5 0С определяем по формуле (6), где βт=150.10-6град-1:  м3 .Считая водовод абсолютно жестким, при βW=5,05.10-10Па-1, найдем повышение давления в нем по формуле (4):  Па.Давление в водоводе после увеличения температуры равно:  МПа.ЗАДАЧИ. 1.1. Определить объем воды, который необходимо дополнительно подать в водовод диаметром d и длиной l для повышения давления в нем на ∆р=5.106 Па. Деформацией трубопровода пренебречь. 1.2. При гидравлическом испытании внутренних систем водоснабжения допускается падение испытательного давления в течение времени ∆Т на величину ∆р. Определить допустимую величину утечки ∆W в течение ∆T при испытании системы вместимостью W. Модуль упругости воды принять равным Е=2110 МПа. 1.3. В отопительной системе (котел, радиаторы, трубопроводы и расширительный сосуд) небольшого дома содержится объем W воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный сосуд при нагревании ее от T1, до T2? 1.4. Определить среднюю толщину δ солевых отложений в герметичном водоводе внутренним диаметром d и длиной l. При выпуске воды в количестве ∆W давление в водоводе падает на величину ∆p. Отложения по диаметру и длине водовода распределены равномерно. 1.5. Определить относительное изменение плотности воды при сжатии ее от p1 до p2, при температуре Т. 1.6. Определить наименьший объем расширительного резервуара, чтобы он полностью не опорожнялся, если минимальная температура в топке T1, а максимальная Тг. Объем воды в системе W. 1.7. В отопительный котел за 1 час поступает объем воды W при температуре T1. Какой объем воды выйдет за это же время из котла при нагревании ее до температуры Тг? 1.8. Определить относительное изменение плотности воды при нагревании ее от Т1 до Тг. 1.9. Определить давление внутри капли воды диаметром d, которое создают силы поверхностного натяжения. Температура воды равна Т. Поверхностное натяжение для воды при T=0 0С равно σ0=0,076 Н/м. Как изменяется давление внутри капли с увеличением температуры? 1.10. По данным задачи 1.9 определить высоту подъема воды в стеклянном капилляре диаметром d при температуре воды Т. Как изменяется высота капиллярного поднятия воды с увеличением температуры? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
,
,
,
,
,
,
,
,
,