Гидравлика - Московский государственный университет

Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
“МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА”
КАФЕДРА ГИДРАВЛИКИ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
ГИДРАВЛИКА
СОДЕРЖАНИЕ
Примерная программа по специальности 270104– Гидротехническое
строительство
1. Перечень элементов учебно-методического комплекса;
1.1. Рабочая учебная программа
1.2. Календарно-тематический план лекционных и семинарских занятий
1.3. Методическое обеспечение дисциплины
1.4. Вопросы к аттестации студентов
1.5. Карта обеспеченности дисциплины учебной литературой
Москва 2011 г.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства»
УТВЕРЖДАЮ
Декан Строительного факультета
А.Г. Журавлёва
«______»____________________2011 г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
Гидравлика
270104 – Гидротехническое строительство
Кафедра гидравлики
Виды учебной работы
Общая трудоемкость
Аудиторные занятия:
Лекции
Практические занятия, семинары
Самостоятельная работа:
Курсовая работа (проект) (КР, КП),
Расчетно-графическая работа (РГР)
Домашнее задание (ДЗ)
Реферат (Р)
Вид итогового контроля
Москва 2011 г.
часов
5 семестр
90
90
17
34
17
34
39
Экзамен
39
Экзамен
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель дисциплины – получение знаний о законах равновесия и движения жидкостей
и о способах применения этих законов при решении практических задач в области
гидротехнического строительства
Основные задачи дисциплины:
-
изучение основных законов гидродинамики;
- овладение основными методами расчета гидравлических параметров открытых
потоков ;
- получение навыков решения важных прикладных задач в области. гидротехнического
строительства .
Базовыми дисциплинами, обеспечивающими успешное изучение дисциплины
«Гидравлика», являются гидрогеология и основы геологии, гидрология, математика,
физика, механика, физика жидкостей и газов, инженерная графика.
Дисциплины, для которых данная дисциплина является предшествующей:,
гидравлика сооружений, водоснабжение, насосы и насосные станции, гидротехнические
сооружения, строительство ГЭС.
Теоретические, расчетные и практические положения дисциплины изучаются в
процессе работы над лекционным курсом, при выполнении лабораторных и расчетнографических работ, самостоятельной работы с учебной, нормативной и технической
литературой.
2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Специалист должен:
знать:
основные закономерности для расчета гидравлического удара в трубах ; принципы работы
приборов для измерения параметров потока (скорости расхода давления) и способы
указанных измерений; способы использования при практических расчетах уравнения
Шези для равномерного движения; способы гидравлического расчета потоков при
неравномерном движении в открытых руслах;
уметь:
рассчитывать параметры потока при гидравлическом
рассчитывать каналы и другие открытые русла;
владеть:
ударе
в
трубопроводах;
навыками выполнения инженерных гидравлических расчетов гидротехнических
сооружений, навыками проведения лабораторных гидравлических исследований,
обработки и анализа их результатов.
3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/
п
Раздел
дисциплины
1 Установившеес
яи
неустановившее
ся движение
жидкости в
напорных
трубопроводах.
2 Равномерное
движение
жидкости в
открытых
руслах
3 Установившеес
я движение
жидкости в
открытых
руслах
4 Установившеес
я
неравномерное
движение
жидкости в
открытых
призматических
руслах
5 Гидравлический
прыжок
6 Конечноразностные
формы
уравнений
Навье-Стокса и
Рейнольдса
7 Общая схема
применения
численных
методов и их
реализация на
ЭВМ
Итого
Лекци Практичес
и
кие
занятия,
семинары
4
4
1
8
Трудоемкость (час)
Вид самостоятельной
Лабораработы*
торные
Л
ПЗ ЛР
Р
КП, РГР,
работы
КР
ДЗ
2
7
2
-
-
-
-
8
2
4
-
-
-
-
-
-
4
8
-
-
-
-
-
-
8
8
3
4
2
1
-
-
2
-
-
17
28
6
-
-
-
-
-
8
-
-
-
-
-
39
* подготовка к лекциям (Л), практическим занятиям (ПЗ), лабораторным работам (Л),
подготовка реферата (Р), раздела КП, КР, РГР, ДЗ
3.2
Содержание разделов дисциплины
1. Лекция: Основные
расчетные уравнения простого гидравлически длинного
трубопровода. Составной трубопровод. Последовательное и параллельное соединение.
Потери напора при изменении по длине расхода воды.
Понятие гидравлического удара. Мгновенное и постепенное закрытие затвора. Эпюры
давления у затвора и в любом сечении. Формулы Жуковского для ∆p и C при мгновенном
закрытии затвора.
Семинар: Расчет простого гидравлически длинного трубопровода. Расчет
трубопроводов при последовательном и параллельном соединении. Расчет трубопроводов
при непрерывной раздаче и смешанном расходе.
Определение величины максимального повышения давления в трубопроводе при
мгновенном и постепенном закрытии задвижки (прямом и непрямом ударе). Построение
диаграммы изменения давления.
Лабораторная работа: Исследование гидравлического удара.
2. Лекция: Равномерное движение воды в открытых руслах. Расчетные зависимости.
Основные методы расчета каналов при равномерном движении. Гидравлически
наивыгоднейший профиль каналов. Допускаемые скорости движения воды в каналах.
Основные типы задач при расчете каналов.
Семинар: Равномерное движение воды в каналах. Формы поперечного сечения каналов
и их гидравлические характеристики. Определение размеров живого сечения канала при
различных исходных данных. Расчет каналов способом И.И.Агроскина. Проверка
каналов на размыв и заиление.
Лабораторная работа: Определение коэффициента Шези.
3. Лекция: Основное дифференциальное уравнение установившегося
плавно
изменяющегося движения в открытых руслах. Виды установившегося движения.
Неравномерное движение в открытых руслах. Удельная энергия сечения, ее график,
критическая глубина. Критический уклон. Спокойное, бурное и критическое состояние
потока. Параметр кинетичности.
Семинар: Построение графика удельной энергии сечения. Определение критической
глубины, параметра кинетичности.
4. Лекция: Исследование кривых свободной поверхности потока в призматических
руслах. Примеры кривых подпора и спада в каналах. Интегрирование дифференциального
уравнения неравномерного движения. Способы расчета кривых свободной поверхности
в призматических руслах.
Семинар: Анализ форм кривых свободной поверхности воды в каналах. Анализ кривых
свободной поверхности при переменном уклоне дна. Расчет и построение кривых
свободной поверхности в каналах различными способами.
5. Лекция: Виды гидравлического прыжка. Совершенный гидравлический прыжок, его
структура. Прыжок-волна (волнистый гидравлический прыжок).
Уравнение
совершенного гидравлического прыжка в призматических руслах. Прыжковая функция и
ее анализ. График прыжковой функции. Связь сопряженных глубин в прямоугольном
русле. Потери энергии в прыжке. Уравнение гидравлического прыжка в
непризматическом русле
Семинар: Определение сопряженных глубин и длины гидравлического прыжка в
призматических руслах разной формы. Построение графика прыжковой функции.
Определение сопряженных глубин гидравлического прыжка в непризматических
расширяющихся руслах.
Лабораторная работа: Исследование гидравлического прыжка.
6. Лекция: Конечно-разностные формы уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса
. 7.Лекция: Применения численных методов для решения гидравлических задач.
Одномерные, плоские и пространственные потоки. Использование ЭВМ.
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Рекомендуемая литература
а) основная:
1. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Учебник. – М.: КолосС, 2004.- 656с
б) дополнительная:
1.Колганов А.В., Полад-заде П.А. Мелиорация и водное хозяйство. Справочник.
Сооружения, строительство.- М.: «Ассоциация Экост», 2002.- 601с.
2. Яковлева Л.В. Практикум по гидравлике. – М.: Агропромиздат, 1990.- 144с.
4.2 Методическое обеспечение дисциплины
1. Учебно-методическое пособие к выполнению заданий по курсу гидравлики (часть1):
Алышев В.М. и др. – М.: МГУП, 2009 г.
2. Учебно-методическое пособие к выполнению заданий по курсу гидравлики (часть2):
Козырь И.Е., Пикалова И.Ф., Ханов Н В. – М.: МГУП, 2011 г.
3. Сборник задач по гидравлике: Яковлева Л.В. и др.– М.: МГУП, 1992 г.
5. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для реализации учебной программы необходимы соответствующие измерительные
приборы (пьезометры, шпиценмасштабы, микровертушки, водосливы-водомеры)
демонстрационные модели, макеты, лотки и др. оборудование, специализированные
компьютерные классы и гидравлическая лаборатория.
Программу разработал: профессор
И.Ф. Пикалова
Программа рассмотрена на заседании кафедры
гидравлики
Заведующий кафедрой, профессор
« » января 2011 г.
Д.В. Штеренлихт
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ
впо
«Московский государственный университет природообустройства»
СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ГИДРАВЛИКИ
Календарно-тематический план
лекционных и семинарских занятий по дисциплине
«Физика жидкости и газа»
в весеннем семестре 2010-2011 учебного года .
Специальность 270104 - «Гидротехническое строительство»
2 курс
4 семестр
Объём учебной работы:
лекций -17 часов;
практических занятий, семинаров – 17 часов
самостоятельной работы – 0 часов;
всего – 34 часа
Начало занятий: февраль 2011 г. Окончание занятий: июнь 2011 г.
Москва 2011 г.
№
п/п
Наименование темы
Содержание лекционных занятий
Кол-во
часов
Содержание практических,
семинарских и лабораторных занятий
Кол-во
часов
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
Предмет механики жидкости и газа.
Примеры гидромеханических задач
из различных отраслей техники.
Краткие исторические сведения о
развитии науки. Основные
физические свойства жидкостей и
газов: сжимаемость, текучесть,
вязкость, плотность. Гипотеза
сплошности. Особые свойства воды
.Кинематика
жидкости.
Установившееся и неустановившееся
движение. Модель потока, линии тока,
элементарная
струйка
жидкости.
Живое сечение, смоченный периметр,
гидравлический
радиус.
Местная
скорость, средняя скорость в живом
сечении,
эпюры
скоростей.
Классификация потоков. Уравнение
неразрывности. .
1
Семинар: Определение плотности,
коэффициентов вязкости,
сжимаемости и расчет касательных
напряжений в жидкостях и газах.
2
1
-
Массовые и поверхностные силы,
действующие в жидкостях.
Напряжение поверхностных сил.
Напряженное состояние покоящейся
жидкости. Гидростатическое давление
и его основные свойства.
1
-
Дифференциальные уравнения
равновесия жидкости (уравнения
Эйлера). Поверхности равного
давления. Основное уравнение
статики для газо
Основное уравнение гидростатики.
Силы давления покоящейся жидкости
на плоские и криволинейные стенки.
Относительный покой (равновесие
жидкости в движущемся сосуде)
2
-
Понятие
идеальной
(невязкой)
жидкости.
Дифференциальные
уравнения
движения
невязкой
жидкости
(уравнения Эйлера).
Интегралы уравнений движения для
разных случаев движения жидкости.
Уравнение Бернулли для невязкого
газа.
2
1
Семинар: Определение
гидростатического давления в
точке (избыточного,
вакуумметрического); построение
эпюры давления. Определение
силы и центра давления на плоские
произвольно ориентированные
поверхности аналитическим и
графоаналитическимспособом.
2
-
7
8
9
10
Обобщенная гипотеза Ньютона.
Уравнения движения вязкой жидкости
в напряжениях. Уравнение НавьеСтокса. Уравнение Бернулли для
вязкой
жидкости.
Интегральные
формы
уравнений
количества
движения и моментов количества
движения.
Ламинарный
и
турбулентный
режимы
движения.
Критерий
Рейнольдса.. Пульсация скоростей и
давлений. Стандарт пульсационной
скорости и степень турбулентности.
Двухслойная модель турбулентного
потока
Одномерная модель и приведение к
ней плавно изменяющихся течений
напорных и безнапорных потоков.
Обобщение уравнения Бернулли для
потока
вязкой
жидкости.
Гидравлические сопротивления, их
физическая природа и классификация.
Структура формул для вычисления
потерь удельной энергии (напора).
Основное уравнение равномерного
движения. Основные данные о
коэффициенте гидравлического трения
(коэффициенте Дарси).
Истечение через малые отверстия
в тонкой стенке и насадки при
постоянном напоре. Виды сжатия
струи. Виды насадков. Коэффициенты
скорости, расхода и сжатия струи.
Гидравлически
короткие
трубы.
Коэффициент
расхода
системы.
Истечение через отверстия, насадки и
короткие трубы при переменном
напоре
Законы подобия потоков жидкостей
и
газов.
Критерии
гидродинамического
подобия.
Использование критериев подобия при
моделировании. Метод аналогий
Итого:
3
Лабораторные работы: Изучение
уравнения Бернулли; построение
линий полной удельной энергии и
пьезометрической.
Определение
коэффициента расхода водомера.
2
1
Лабораторная работа: Изучение
режимов движения жидкости.
2
4
Семинар:
Применение
уравнения Бернулли для расчета
коротких
трубопроводов,
состоящих из нескольких участков
труб
разного
диаметра.
Определение расхода, напора при
истечении через отверстия, насадки
и короткие трубы при постоянном
напоре
.
Лабораторные
работы:
Определение коэффициента Дарси.
Истечение через отверстия и
насадки
при
постоянном
и
переменном напорах.
9
1
-
17
17
Литература (основная):
1. Штеренлихт Д.В. Гидравлика. Учебник. – М.: КолосС, 2004.- 656с
Составил:
к.т.н., профессор кафедры
гидравлики И.Ф.Пикалова
Заведующий кафедрой:
Д.В. Штеренлихт
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
ВОПРОСЫ
к аттестации студентов специальности ГТС по дисциплине
“Гидравлика ”
Вопросы к экзамену
1. Основные расчетные уравнения гидравлически длинного простого трубопровода.
2. Расчет труб при последовательном и параллельном соединении труб.
3. Понятие транзитного расхода и расхода непрерывной раздачи. Потери напора при
наличии непрерывной раздачи и транзитного расхода.
4. Понятие гидравлического удара. Процесс изменения давления в трубопроводе после
мгновенного закрытия задвижки.
5. Гидравлический удар в трубах. Формула Н.Е. Жуковского для Р при мгновенном
закрытии задвижки.
6. Гидравлический удар при постепенном закрытии задвижки при линейном изменении
скорости.
7. Вывод дифференциального уравнения установившегося плавно изменяющегося
движения в открытых руслах.
8. Равномерное движение в каналах, условия его существования. Основные расчетные
зависимости.
9. Формы поперечного сечения каналов, их характеристики.
10. Гидравлически наивыгоднейшее сечение каналов, его расчет..
11. Определение нормальной глубины при заданной ширине канала.
12. Определение размеров живого сечения канала при заданной относительной ширине .
13. Определение размеров живого сечения канала при заданной скорости V.
14. Проверка каналов на размыв и заиление. Понятие о гидравлической крупности
наносов и транспортирующей способности потока.
15. Удельная энергия потока. Удельная энергия сечения, их изменение по длине. График
удельной энергии сечения Э = f(h).
16. Спокойные и бурные потоки. Критическая глубина. Критический уклон.
17. Способы определения критических глубин в призматических руслах.
18. Анализ кривых свободной поверхности неравномерного потока в призматических
руслах при i > 0 (i > iкр)
(как вывод с рисунками и подробно для каждой зоны).
19. Анализ кривых свободной поверхности неравномерного потока в призматических
руслах при i > 0 (i < iкр)
(как вывод с рисунками и подробно для каждой зоны).
20. Способы расчета кривых свободной поверхности в призматических руслах.
21. Параметр кинетичности, формула, физический смысл.
22. Вывод уравнения совершенного гидравлического прыжка в призматическом русле.
23. Связь сопряженных глубин гидравлического прыжка в прямоугольном русле (вывод).
24. Гидравлический прыжок, его структура, виды.
25. Прыжковая функция и ее анализ. График прыжковой функции.
26. Вывод уравнения гидравлического прыжка в непризматическом расширяющемся
русле.
Карта обеспеченности учебной литературой.
Учебные дисциплины: “Гидравлика”.
Кафедра: “Гидравлика”.
Специальности: 270104 Гидротехническое строительство, очной формы обучения.
Общее количество часов по дисциплинам:
5 семестр : 90 часов, в том числе: лекции - 17ч., практические занятия - 34ч., самостоятельная работа - 39ч.
№
п.п.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Авторы, название и вид учебной литературы.
Издательство, город, год.
Объём,
п.л.
Среднее
Количество
Обеспеченность
кол-во
экземпляров в
в %.
студентов библиотеке МГУП /
на кафедре.
Основная учебная литература
Штеренлихт Д.В. Гидравлика.- М: Колос, 2004
40,2
Штеренлихт Д.В. Гидравлика.- М: Колос, 2005
40,2
Штеренлихт Д.В. Гидравлика.- М: Колос, 1984
40,2
Дополнительная и справочная учебная литература
Киселев П.Г. и др. Справочник по гидравлическим расчетам.- М:
25
Энергия, 1972.- 312 с.
Справочник мелиорации и водного хозяйства. Сооружения
33
строительства. - М: «Ассоциация Экост», 2002. – 601 с.
Штеренлихт Д.В., Зейлигер А.М. Англо-русский словарь терминов
15
по гидравлике и гидроинформатике. – М.:МГУП, 2004.-160 с.
Яковлева Л.В. Практикум по гидравлике.- М: Агропромиздат,
9
1990.-144 с.
Учебно-методическое пособие: Алышев В.М. и др. “Учебно17
методическое пособие к выполнению заданий по курсу гидравлики
(часть 1) ” – М., МГУП, 2009 г.
“Сборник задач по гидравлике”. – М., МГМИ, 1991г.
2
410
110
280
25
48
27
60
60
140