Министерство образования Оренбургской области
Государственное автономное образовательное учреждение среднего
профессионального образования
«Бугурусланский нефтяной колледж»
г. Бугуруслана Оренбургской области
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
открытого урока по МДК 01.01 Разработка нефтяных и газовых
месторождений
Тема урока « Режимы движения жидкости. Шероховатость
поверхности».
Re<2300
2300<Re<10000
Re>10000
Подготовила:
преподаватель ГАПОУ «БНК»
высшей квалификационной категории
Кныш Ирина Генадиевна
Бугуруслан 2015 г.
Тема
занятия:Режимы
движения
жидкости.
Число
Рейнольдса.
Шероховатость поверхности.
Цели:
обучения
- сформировать знания о режимах движения жидкости и влиянии их на
гидравлические сопротивления;
- добиться усвоения студентами понятий: шероховатость стенок, виды
шероховатости стенок, влияние шероховатости на режим течения жидкости;
умения делать выводы и публично выступать с полученной информацией.
воспитания
- убедить студентов в практической и профессиональной значимости опытов
и выводов О. Рейнольдса, режимов движения жидкости;
- создать атмосферу коллективного поиска, эмоциональной приподнятости,
радости познания, радости преодоления при выполнении все более и более сложных
заданий;
-осоздать условия, обеспечивающие воспитание интереса к будущей
профессии.
развития
- развивать интерес к предмету;
- развивать память, мышление, речь, познавательные интересы;
-развивать у обучающихся умения выделить главное, сравнивать,
классифицировать, обобщать факты и понятия.
В результате изучения темы обучающийся должен:
уметь
определять свойства конструкционных и строительных материалов, горных
пород и грунтов, осуществлять их выбор при сооружении и ремонте трубопроводов и
хранилищ;
обосновывать выбранные способы разработки нефтяных и газовых
месторождений;
готовить скважину к эксплуатации;
устанавливать технологический режим работы скважины и вести за ним
контроль;
использовать экобиозащитную технику;
знать:
строение и свойства материалов, их маркировку, методы исследования;
основы технологических методов обработки материалов;
методы воздействии на пласт и призабойную зону.
Тип занятия:ознакомление с новым материалом.
Формируемые общие компетенции:
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии,
проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и
способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и
качество.
ОК 3. Решать проблемы, оценивать риски и принимать решения в
нестандартных ситуациях.
ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для
постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного
развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для
совершенствования профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, обеспечивать ее сплочение,
эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7. Ставить цели, мотивировать деятельность коллектива исполнителей,
организовывать и контролировать их работу с принятием на себя ответственности за
результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного
развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение
квалификации.
ОК 9. Быть готовым к смене технологий в профессиональной деятельности.
Формируемые профессиональные компетенции:
ПК 1.1. Контролировать и соблюдать основные показатели разработки
месторождений.
ПК 1.2. Контролировать и поддерживать оптимальные режимы разработки и
эксплуатации скважин.
ПК 1.3. Предотвращать и ликвидировать последствия аварийных ситуаций на
нефтяных и газовых месторождениях.
ПК 1.4. Проводить диагностику, текущий и капитальный ремонт скважин.
ПК 1.5. Принимать меры по охране окружающей среды и недр.
Методы обучения:
- словесные;
- письменные;
- наглядные;
- проблемно-поисковые;
- групповая работа.
Средства обучения:
- мультимедиа проектор, экран, ПК;
- справочная литература (учебники, справочники, глоссарии, раздаточный
печатный материал для работы);
- дидактический материал для проверки домашнего задания;
- дидактический материал для проверки усвоения полученных умений и
навыков;
- презентация урока;
-видеофильмы
«Режимы
движения
жидкости»,
«Строительство
трубопроводов», «Ламинарное течение».
ХОД УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ
Основное содержание
учебного материала
1. Самоопределение к
деятельности
(организационный момент)
Критерии достижения
цели:
Полная готовность группы,
настрой на совместную
коллективную работу.
2. Актуализация опорных
знаний
Критерии достижения
целей:
В ходе выполнения
письменных
заданий,
решения
проблемной
ситуации
обучающийся
должен знать применение
уравнения Бернулли для
потока
идеальной
и
реальной жидкости, виды
давления в жидкости.
2.1 Устный опрос
Деятельность преподавателя
Цель этапа: создать эмоциональный
настрой на совместную коллективную
деятельность и психологический
настрой на активную работу.
Приветствует студентов и гостей,
проверяет готовность обучающихся к
уроку;
отмечает
отсутствующих;
обеспечивает организацию внимания.
Цель этапа: повторить пройденный
материал и подготовить обучающихся
к применению знаний для выработки
умений и навыков.
Устанавливает
готовность
обучающихся
к
повторению
пройденного материала, выявляет
пробелы и проводит их коррекцию.
Активизирует
и
обеспечивает
повторение опорных знаний и умений,
полученных на предыдущих уроках.
Цель этапа: активизация студентов к
работе на уроке; развитие быстроты
ориентации в пройденном материале;
развитие мыслительной деятельности,
логического мышления.
Задает вопросы и демонстрирует их на
слайдах, корректирует ответы
обучающихся и выводит правильный
ответы на вопросы на слайд.
Средства
Формы
деятельности
Готовятся к восприятию
материала, к работе на занятии.
Беседа
Проверяют наличие рабочей
Самопроверка
тетради, канцелярских
принадлежностей.
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Закрепляют пройденный
материал, выполняют
подготовленные задания,
работают индивидуально;
проводят самоконтроль и
взаимоконтроль
Словесный
Наглядный
Тестирование
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Решение
проблемной
ситуации
Эвристичекая
беседа
Фронтальная
Участвуют во фронтальном
опросе. (10 вопросов)
Наглядный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Деятельность обучающихся
Метод
деятельности
2.2 Письменный опрос
3. Ориентационномотивационный этап
Критерии достижения
цели:
Определить назначение
изучения данной темы и
постановить цель урока.
4. Первичное усвоение
новых знаний.
Критерии достижения
целей:
Умение находить нужную
информацию, пользоваться
справочной литературой,
выполнять необходимые
расчёты для определения
вида режима течения,
факторов, влияющих на
режим движения потока,
обобщать информацию и
делать выводы по
полученным данным.
5.1 Сообщение новых
Цель этапа: развитие способности к
индивидуальной работе студента;
оценка самостоятельного ориентирования каждого студента и определение
мыслительных способностей в объёме
закрепляемого материала.
Демонстрирует варианты заданий на
слайдах мультимедиа презентации,
контролирует
взаимопроверку,
подводит итоги опроса.
Цель этапа: мотивировать
обучающихся на изучение новой темы
и постановку цели занятия.
Обеспечивает мотивацию и принятие
обучающимися
цели
учебнопознавательной деятельности.
Формулирует совместно со студентами
тему и план урока.
Выполняют письменное
трехуровневое задание,
проверяют работу и
выставляют оценку соседу по
парте
Определяют и формулируют
цель, которую необходимо
достигнуть в ходе занятия.
Записывают тему и план урока
в тетрадь.
Цель этапа:выработка навыков поиска
информации и анализа полученных
данных, навыков расчета основных
ремонтных нормативов и умения
анализировать полученные результаты.
Находят нужную информацию,
используя предоставленные
учебники и пособия; проводят
расчёты числа Рейнольдса,
пишут опорный конспект,
обобщают информацию и
делают выводы.
Цель этапа: выработка навыков
Знакомятся с основными
Проблемнопоисковый
Тестовые
задания
Индивидуальная
Словесный
Наглядный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Словесный
Наглядный
Проблемнопоисковый
Презентация
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Беседа, поиск
информации
Решение задач
Наглядный
Мультимедиа
Фронтальная
Групповая
Фронтальная
знаний по вопросу «Режимы поиска информации и анализа
движения жидкости»
полученных данных.
Объясняет новый материал и с
помощью
наводящих
вопросов
подводит к выводу о практическом
применении
знаний
режимов
движения
жидкостей.
Руководит
порядком
поиска
информации,
обеспечивает восприятие, осмысление
и применение знаний.
5.1.1 Первичная проверка
Цель этапа: закрепление первичных
понимания по вопросу
знаний.
«Режимы движения
Для
оценивания
студентами
жидкости».
активности и качества своей работы
предлагает условно отмечать свои
ответы в «Листе самоконтроля», для
подведения итогов в конце опроса.
5.2 Сообщение новых
знаний по вопросу«Число
Рейнольдса».
5.2.1 Первичная проверка
понимания по вопросу
«Число Рейнольдса».
Цель этапа: помочь выработать
навыки расчета числа Рейнольдса,
определяющего режим движения
жидкости.
Знакомит с порядком нахождения
информации в литературе и методами
оформления решения задач в тетради.
Корректирует
информацию,
найденную студентами, выводя на
слайд правильные ответы.
Цель этапа:обеспечение закрепления
полученных первичных знаний,
выполнения расчетов и умения
анализировать полученные результаты
Проводит инструктаж, контро-лирует
выполнение
расчетов.Корре-ктирует
работу студентов, выводит правильное
решение задач на слайд.
понятиями и порядком
нахождения информации для
получения новых знаний.
Делают записи в тетрадь.
Просматривают
видеосюжет«Ламинарное
течение», обсуждают его и
готовят ответ на вопрос
«Почему в глицерине
перемешанные слои
возвращаются в
первоначальное состояние?»
Слушают преподавателя,
записывают основные
положения в тетради.
Анализируют информацию.
Слушают доклад «О.
Рейнольдс – один из основоположниковгидродинамики».
Малыми группами работают с
задачами по определению
числа Рейнольдса, режима
движения жидкости, работают
в команде. Записывают
Словесный
проектор,
экран, ПК
Письменный
Словесный
Презентация
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Беседа, поиск
информации
Фронтальная
Проблемнопоисковый
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК,
справочная
литература,
учебные
пособия
Групповая
Письменный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Групповая
5.3 Поиск новых знаний
самостоятельно по вопросу
«Шероховатость
поверхностей»:
- знакомство с понятием
«шероховатость стенок»,
видами шероховатости.
5.3.1 Первичная проверка
понимания по вопросу
«Шероховатость
поверхностей».
6. Закрепление нового
материала
Цель этапа: помочь выработать
навыки самостоятельного поиска
информации и умения анализировать
полученные результаты.
Знакомит с порядком нахождения
информации в литературе и методами
оформления записей в тетради.
Корректирует информацию,
найденную студентами, выводя на
слайд правильные ответы.
Цель этапа:обеспечение закрепления
полученных навыков
самостоятельного поиска информации
и умения анализировать полученные
результаты.
Корректирует работу студентов,
выводит правильное решение задач на
слайдах.
Цель этапа: формировать у
обучающихся умение соотносить
результат действия с поставленной
Критерии достижения
целью и выражать их в письменной и
цели:
устной форме.
Способность делать выводы,
Организовывает и контролирует ход
анализировать факты,
ролевой игры «Конфликта можно
строить предположения.
избежать, зная законы гидравлики!»
7. Подведение итогов
урока
Критерии достижения
целей:
В ходе сочетания контроля,
самоконтроля, взаимоконт-
решение задачи в тетради.
Каждая группа работает с
определённым количеством
понятий.
Дают определение
шероховатости стенок, видам
шероховатости.
Записывают формулы
определения «относительной
шероховатости» и
«относительной гладкости».
Анализируют информацию.
Проблемнопоисковый
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК,
справочная
литература,
учебные
пособия
Групповая
Письменный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Групповая
Наглядный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Беседа
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Слушают доклад «Способы
изготовления труб».
Участвуют в блиц – опросе.
Демонстрируют умения,
навыки и готовность к
реализации полученных знаний
на практике.
Выступают перед группой в
той или иной роли, решают
сложившуюся конфликтную
ситуацию с помощью решения
задачи.
Цель этапа: осуществить контроль,
самоконтроль и взаимоконтроль
опорных знаний, дать анализ и оценить Слушают преподавателя.
успешность достижения цели.
Получают информацию о
Предлагает проанализировать
результатах работы.
студентам их результаты по «Листу
самооценки». Анализирует и
Словесный
роля проводится оценивание оценивает успешность достижения
работы студентов
поставленных целей, подводит итоги
работы на занятии.
Цель этапа: наметить перспективу
8. Информация о
последовательности саморазвития
домашнем задании
дома, с целью закрепления материала в
зависимости от уровня усвоения
Критерии достижения
обучающимися навыков полученных на
цели:
Полное предоставление
уроке.
того, что надо сделать дома Обеспечивает понимание цели и
к следующему уроку.
содержания домашнего задания:
- внести в глоссарий новые термины;
- подготовиться к устному ответу по
опорному конспекту и учебнику:
Рабинович Е.З., Евгеньев А.Е.
Гидравлика. С. 39- 47.
Самостоятельная работа:
«Ознакомление с трубопроводной
арматурой (по функциональному
назначению)».
9. Рефлексия
Цель этапа: включение каждого
обучающегося в действие
взаимоконтроля и взаимооценки.
Научить адекватно оценивать себя и
других.
Записывают домашнее
задание в тетрадях.
Наглядный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Заполняют «Рефлексивную
анкету».
Играют в игру «Выберите одну
фразу для соседа по парте».
Проводят оценку
эмоционального настроения на
уроке «Одним словом».
Наглядный
Словесный
Мультимедиа
проектор,
экран, ПК
Фронтальная
Конспект урока
- Здравствуйте, садитесь. Прошу подготовиться к уроку: запишите
число в тетради. Староста группы назовите отсутствующих и причину
отсутствия.
- Все подготовлены к уроку? Какие вопросы возникли при подготовке
домашнего задания?
Замечательно. Вопросов нет, тогда вопросы есть у меня.
Напоминаю, что в процессе работы вы заполняете «Лист
самоконтроля» в котором вы сможете отмечать свои успехи или, надеюсь
небольшие, пробелы. В конце урока на основании показателей листа
самоконтроля будут выставлены оценки.
Ответьте мне на 1 вопрос: Какой раздел гидравлики мы изучаем?
ГИДРОДИНАМИКА – раздел гидравлики, в котором рассматриваются
законы движения жидкостей и законы взаимодействия твердых тел с
жидкостью.
Вопрос 2: Какую тему изучали мы на прошлом уроке?
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАСОСОВ
- Производительность (подача, расход).
- Напор.
- Потребляемая мощность.
Вопрос 3:К какому типу относится насос основным рабочим элементом
которого является (слайд).
Поршневой насос простого действия.
Вопрос 4: Назовитеосновные уравнения гидродинамики.
- Уравнение неразрывности потока.- Уравнение Бернулли.
Вопрос 5:Объясните, что происходит с потоком жидкости при движении в
разных участках трубы.
- Хорошо. Спасибо за активность. Подготовьтесь,пожалуйста, к письменному
опросу в виде тестирования. Время на ответ по части А – 1 минута, части В –
2 минуты, части С – 3 минуты. Удачи:
СЛАЙДЫ
- Поменяйтесь с соседом по парте своими «Листами ответов». На этапе
взаимопроверки прошу проверяющих не лукавить и выставлять заслуженные
баллы.
СЛАЙДЫ
- Ну а теперь момент истины: внимание на экран. У проверяющих теперь
задача: в соответствии с правильными ответами оценить работу товарища по
парте, внимательно прослушав критерии оценок.
Часть А. Каждый правильный ответ -1 балл. (итогоmax= 5 б.)
Часть В – каждый правильный ответ – 2 балла. (итого max=4 б.)
Часть С– каждый правильный ответ – 3 балла. (итого max=3 б.)
Сумма 12б. – «5»
Сумма 10-11б. – «4»
Сумма 8-9 б. – «3»
Сумма 7 б. и меньше – «2»
Дежурных попрошу собрать листы ответов и сдать мне.
- Скажите, какую специальность вы пришли получать в стенах нашего
колледжа?
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».
Какие на ваш взгляд из уже полученных знаний пригодятся в будущей
профессии?
Замечательно. Я предлагаю вашему вниманию небольшой
видеофрагмент.
Видео «Турбулентное течение»
Что заинтересовало вас в данном видеоролике?
Действительно, а что происходит в трубах при движении по ним жидкости?
Мы с вами рассматривали уравнение Бернулли и говорили про потери
напора. Из чего они складываются (потери на преодоление трения и
местные потери).
Вы замечательно рассуждали, давайте подведем итог.
Итак, при транспортировке жидкости по трубам нам необходимо
понимать:…….. КАК ЖИДКОСТЬ ДВИЖЕТСЯ - вернее режим движения
жидкости. Давайте запишем первый вопрос урока «Режимы движения
жидкости».
Что еще нас заинтересовало: ………КАКИЕ ТРУБЫ ИПОЛЬЗУЮТ ПРИ
ТРАНСПОРТИРОВКЕ НЕФТИ И ГАЗА. Хорошо, с какой целью?
ЧТОБ
ПОНИМАТЬ,
КАК
ВЫБОР
ТРУБ
ВЛИЯЕТ
НА
ТРАНСПОРТИРОВКУ ЖИДКОСТИ. КАК УМЕНЬШИТЬ ПОТЕРИ?
А ПОЧЕМУ БЫ НЕ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПЛАСТИКОВЫЕ ТРУБЫ ПРИ
ТРАНСПОРТИРОВКЕ НЕФТИ И ГАЗА?
Замечательно, для того, что бы ответить на все эти вопросы предлагаю
изучить «Шероховатость поверхности» после чего мы поймем, какие именно
трубы необходимы для транспортировки.
Тема записана, цели сформулированы, приступим к её изучению.
Наверняка каждому приходилось наблюдать за водным потоком в
различных естественных и искусственных руслах – реках, каналах, протоках
и т.п. И любой наблюдатель, даже самый невнимательный, заметит, что в
равнинных реках вода размеренно протекает словно единый жидкий массив
со спокойной и ровной поверхностью, в горных реках с бешенным ревом
несется бурлящим потоком, разбрасывая брызги с кипящей поверхности,
взволнованной всплесками перемешивающихся струй.
Терек воет, дик и злобен,
Меж утёсистых громад,
Буре плач его подобен,
Слезы брызгами летят…..
Но, по степи разбегаясь,
Он лукавый принял вид
И, приветливо ласкаясь,
Морю Каспию журчит.
Отрывок из стихотворения Михаила Лермонтова «Дары Терека»
описывает течение реки и я прошу вас ответить на вопрос, как себя ведет
жидкость и, по возможности определить причину.(обсуждение)
Подвижная вода, словно живое существо, по – разному ведет себя в
разных условиях, характеризующих ее путь. Таким же поведением
характеризуется не только водный поток, но и поток любой другой
жидкости.
Почему так происходит, и в какой момент в спокойном и ласковом
потоке вдруг просыпается бурлящий «демон»? Можно ли предсказать
поведение потока в тех или иных условиях?
Давайте попробуем разобраться в этом вопросе с точки зрения
современной науки.
Наблюдения показывают, что в природе существуют два различных
вида движения жидкости: во-первых слоистое, упорядоченное или
ламинарное движение, при котором отдельные слои жидкости скользят друг
относительно друга, не смешиваясь между собой, и, во – вторых,
неупорядоченное, так называемое турбулентное движение, когда частицы
жидкости движутся по сложным, все время изменяющимся траекториям и в
жидкости происходит интенсивное перемешивание частиц и слоев.
Иногда выделяют третий режим движения частиц – переходный, при
котором упорядоченное движение частиц очень неустойчиво, и при
малейшем изменении условий перемещения потока может произойти
переход от ламинарного режима к турбулентному, и наоборот.
Число Рейнольдса.
Наблюдательными людьми давно подмечено, что вязкие жидкости
(например, масла) движутся большей частью упорядоченно, а маловязкие
жидкости (вода, бензин, газообразные вещества) – почти всегда
неупорядоченно.
Кроме того, на характер движения явно влияет скорость потока –
медленно перемещаясь по руслу жидкость, ведет себя спокойно, но стоит
увеличить ее скорость, и картинаможет измениться. Однако установить
математическую зависимость между характером движения потока и его
параметрами долгое время не удавалось никому.
Ясность в вопрос о том, как именно будет происходить движение
жидкости в тех или иных условиях, была внесена в 1883 году в результате
опытов английского физика О. Рейнольдса.
О. Рейнольдс определил общие условия, при которых возможны
существование ламинарного и турбулентного режимоа движения жидкости и
переход от одного режима к другому. Оказалось, что состояние (режим)
потока жидкости в трубе зависит от величины некоторого безразмерного
числа, учитывающего основные факторы, определяющие это движение:
среднюю скорость, диаметр трубы (или другие линейные характеристики
потока), плотность жидкости и ее вязкость.
Влияние всех этих величин на характер движения жидкости
объединены в формуле, выражающей число Рейнольдса:
Re=ρR/η
R- гидравлический радиус потока;
υ – скорость потока;
η- динамическая вязкость.
Число Рейнольдса является безразмерной величиной.
Поскольку динамическая вязкость связана с
вязкостью соотношением
η=ρν, то число Рейнольдса можно записать в виде:
кинематической
Re=υR/ν (1)
Число Рейнольдса определяет границы, между которыми режим
движения жидкости может принимать ламинарныйили турбулентный
характер.
Эти границы характеризуются критическими значениями числа
Рейнольдса: нижним Reкр и верхним Re'кр.
При Re<Reкрнаблюдается устойчивый ламинарный режим течения
жидкости, а при Re>Re'кр- устойчивый турбулентный режим, а в интервале
чисел РейнольдсаRe'кр>Re>Reкр режим течения жидкостей неустойчивый, т.е.
ламинарный режим может переходить в турбулентный.
Формулу (1) применяют при определении числа Рейнольдса для
потока любого сечения. Для круглых труб с внутренним диаметром d
Red=υd/ν
Поскольку для таких труб гидравлический радиус R=4d, то
Re = 4Red=4υd/ν
При проведении гидравлических расчетов цилиндрических труб
обычно принимают Re = 250…500, Re'кр=575. При этом Red будет равен
Redкр = 1000…2000, Red'кр =2300.
Проведенные исследования показывают также, что критическое
значение числа Рейнольдса увеличивается в сужающихся трубах и
уменьшается в расширяющихся. Это можно объяснить тем,что при
ускорении движения частиц жидкости в сужающихся трубах их тенденция к
поперечному перемешиванию уменьшается, а при замедленном течении в
расширяющихся трубах увеличивается.
По критическому значению числаРейнольдса легко можно определить
также критическую скорость, т.е. скорость, ниже которой будет иметь место
ламинарное движение жидкости:
υкр= Reкрν/d= 2300ν/d
Ламинарному и турбулентному режимам движения жидкости
соответствует и различное распределении скоростей частиц по живому
сечению потока.
При ламинарном режиме течения жидкости по трубе максимальная
скорость наблюдается у частиц жидкости, движущейся по центральной оси
трубы, а минимальная – у стенок трубы. Частицы подвижной жидкости,
расположенные у стенок трубы буквально «прилипают» к стенкам благодаря
силам трения и практически неподвижны.
По мере удаления от стенок трубы скорость частиц жидкости
возрастает, поскольку на их движение влияет лишь трение между
отдельными слоями (элементарными струйками) жидкости. Исследования
показали, что при ламинарном режиме движения жидкости изменение
скорости в поперечном сечении потока происходит по параболическому
закону, т.е. эпюру скоростей частиц можно представить в виде параболы.
При турбулентном режиме течения жидкости распределение
скоростей более равномерное по сечению потока, чем при ламинарном
режиме. Это связано с перемешиванием частиц жидкости, имеющих разную
скорость в слоях, и относительным выравниванием средней скорости на всей
площади сечения потока. Т.е. отдельные частицы турбулентного потока
могут иметь в одном и том же сечении весьма различные по величине и
направлению скорости, однако эпюра (график) средней скорости всех частиц
по сечению будет ровнее, чем при ламинарном режиме движения.
Лишь слои жидкости, прилегающие к стенкам трубы, движутся с
малой скоростью, и режим движения здесь наблюдается ламинарный,
несмотря на то, что весь поток характеризуется турбулентным режимом
движения.
По этой причине можно утверждать, что «чистого турбулентного
режима» движения жидкости не существует, поскольку граничные со
стенками слои жидкости в любом случае имеют ламинарный характер
движения. Однако толщина ламинарного слоя несравненно мала в сравнении
с сечением потока, в котором частицы жидкости перемещаются хаотично
(турбулентно), поэтому такой режим течения жидкости принято считать
турбулентным.
Задача № 1.
Определить режим движения нефти в трубопроводе диаметром
d=400мм при скорости υ = 0,13 м/с.
Кинематическая вязкость нефти ν = 0,3 · 10-4 м2/с.
Решение:
Определим число Рейнольдса для данного режима движения
жидкости (нефти)
Red=υd/ν = 0,13· 0,4/0,3 · 10 -4 = 1733.
Для круглых труб критические значения числа Рейнольдса имеют
величину: Redкр= 1000…2000, Red'кр =2300.
Ответ:Сравнив полученное расчетное значение с критическими
значениями числа Рейнольдса, делаем вывод, что Red<Redкр, т.е. движение
нефти в трубопроводе будет ламинарным.
Режимы движения жидкости можно наблюдатьвизуально, на
установке, которая состоит изрезервуара с водой, стеклянной трубы с краном
наконце, и сосуда с водным раствором красителя, который вводится тонкой
струйкой внутрьстеклянной трубы при открытии крана.
Если в трубе 2 создать небольшую скоростьдвижения воды и в
поток ввести краситель, тоувидим, что краситель не будет перемешиваться с
потоком воды. Струйка красителя будет отчетливовидна вдоль всей
стеклянной трубы, что указываетна слоистый характер движения жидкости,
то естьламинарный режим.При постепенном увеличении скорости движения
воды в трубе картина движения вначале не меняется, но затем при
определенной скорости движения наступает быстроеее изменение. Струйка
красителя по выходе из трубки начинает колебаться, в нейпоявляются
разрывы. Затем она размывается и перемешивается с потоком воды, причем
становятся заметными вихреобразования и вращательное движение
жидкости. Движение становится турбулентным.
На основании экспериментальных и теоретическихисследований считают,
что на границе потока (у стенок) существует тонкий слой жидкости с
ламинарным режимомдвижения, а в центре находится, так называемое,
турбулентноеядро. Между этими областями расположен переходный слой.
Приэтом толщина ламинарного подслоя составляет десятые долимиллиметра.
Поверхность стенок всегда обладает неровностями. Эти неровности
имеютразличную величину, форму и периодичность, которые зависят от рода
материала
испособа
его
изготовления.
Величина
неровностей
характеризуется абсолютнойшероховатостью, представляющая собой
среднюю линейную величину неровностей.
Если величина выступов меньше толщины ламинарного подслоя, то
такаяповерхность называется гидравлически гладкой. В этом случае потери
энергии натрение не будут зависеть от шероховатости поверхности. Если
неровности выступаютсквозь ламинарную пленку, то поверхность
называется гидравлически шероховатой.
Толщина ламинарного слоя зависит от числа Рейнольдса (с
увеличением Re толщинауменьшается), следовательно, одна и та же
поверхность
в
различных
гидравлическихрежимах
может
быть
гидравлически гладкой или шероховатой.В предшествующем разделе, при
рассмотрении уравнения Бернулли для потока упоминалось о существовании
различных режимов движения жидкости.Существование двух разных
режимов движения открыл немецкий инженер Г.Хаген в 1839 г., а
экспериментальное подтверждение этого было получено в 1883 г.
английским ученым О.Рейнольдсом.Оказалось, что при движении жидкости
менее некоторой критической скорости окрашенная жидкость двигалась в
виде отдельных струек не перемешиваясь. Этот вид движения получил
название ЛАМИНАРНОГО.При
постепенном
увеличении
скорости
наблюдалось колебание струек, а затем их интенсивное перемешивание.
Такой режим течения получил название ТУРБУЛЕНТНОГО. Снижение
скорости сопровождалось возвратом к ламинарному режиму течения.
Дальнейшие эксперименты показали, что критическая скорость, при которой
происходит переход от ламинарного к турбулентному течению не одинакова.
Она меняется:
1. Зависит от размера и формы живого сечения трубы или канала.
2. Зависит от физических свойств жидкости, а точнее от значения
коэффициента кинематической вязкости жидкости.
3. Даже при абсолютно одинаковых условиях эта скорость может меняться
в некоторых пределах.
Прежде, чем дать ответ на все вопросы давайте попробуем разобраться в
природе возникновения турбулентного режима течения. Явления сходные с
турбулизацией распространены в природе. Где можно наблюдать
хаотическое перемещение? Примеров появления колебаний можно привести
достаточно много. Так, в авиации большое число аварий происходило при
возникновении колебаний крыльев или стоек шасси. При сильном ветре
колеблются здания, мосты, башни и т.д. Попробуем мысленно
проэкспериментировать. Представьте себе коридор, по которому идут люди.
Чем быстрее они будут перемещаться, тем больше вероятность
столкновений, а, следовательно, и отклонений от прямолинейного движения.
Что явилось причиной?
1. Наличие возмущений. При движении жидкости источником таких
возмущений могут быть неровности стенок, завихрения, возникающие при
входе жидкости в трубу и т.д. Такие возмущения есть всегда.
2. Силы инерции. Если скорость мала, то возмущения можно вообще не
заметить, в то время как на большой скорости любое изменение вектора
скорости приводит к ощутимым динамическим эффектам. Для примера
сравните езду на автомашине по неровной дороге на разных скоростях.
3. Силы трения. В первом примере с движением людей вы могли
возразить – даже при самой быстрой ходьбе человек вряд ли будет ощутимо
перемещаться (например, от одной стенки к другой и назад). Что ему
помешает – другие люди. В жидкостях силы трения упорядочивают
движение, мешают частицам жидкости произвольно колебаться,
кинетическая энергия тратится на преодоление сил трения.
Таким образом, мы с вами выделили основные факторы, от которых будет
зависеть величина критической скорости.
Шероховатость труб – совокупность неровностей на поверхности
трубы, влияющая на ее эксплуатационные показатели работоспособности и
зависящая от технологии производства, обработки, от времени эксплуатации
трубы и от склонности материала трубы к образованию неровностей на
поверхности.
Основное значение шероховатости для труб имеет во внутренней
поверхности, которая
влияет на скорость потока транспортируемой
жидкости – чем ниже шероховатость поверхности труб, тем с меньшим
сопротивлением перекачивается жидкость и тем меньше требуется затрат на
ее транспортировку.
Исследования шероховатости поверхности труб осуществляется при
использовании профилографа, профилометра.
Из – за технологических особенностей производства у труб малого
диаметра чаще всего коэффициент шероховатости поверхности труб меньше,
чем у труб большого диаметра, т.к. поверхность труб большого диаметра
обрабатывается менее тщательно.
С течением времени коррозионные процессы и различные отложения
на внутренней поверхноститруб значит изменяют эквивалентную
шероховатость поверхности.
САМОАНАЛИЗ УРОКА
Группа _________________
Количество присутствующих _______
Количествоопооспискуо______
Тема урока: «Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса.
Шероховатостьоповерхности».
Тема самообразования, над которой я работаю - «Использование
информационных технологий в условиях подготовки конкурентоспособного
специалиста».
Свой урок я строила в соответствии с ФГОС и вышеуказанной темой,
используя информационно-коммуникативныетехнологии. Урок проводился в
рамках изучения1 раздела
«Выполнение основных технологических
расчетов при разработке месторождений и их контроль»МДК. 01.01
Разработка нефтяных и газовых месторождений.
На уроке были учтены возрастные и психологические особенности
учащихся. В содержание урока я включила элементы обучения студентов
универсальным учебным действиям: цели урока определяли сами
обучающиеся, исходя из соответствующей проблемной ситуации.
Для освоения данной темы студенты должны хорошо знать смысл
уравнения Бернулли для реальной жидкости, владеть навыками определения
потерь напора, уметь определять основные расчетные параметры насосов,
используя ранее изученные формулы.
Урок проводился в группе 2РиЭНГМ «У», которая с моей стороны
характеризуется как группа, стремящаяся к получению знаний, состоящая в
основном из студентов, обучающихся на «хорошо». Конечно, как и во
многих других группах есть обучающиеся, которых можно отнести к
категории «слабых» из которых …чел. стараются тянуться за «сильными»
одногруппниками, но им это дается с трудом, .. чел. ленятся, хотя могли бы
при желании входить в группу «сильных». На уроке были все активны,
однако прослеживалось волнение от присутствия гостей. В целом группа
была подготовлена к уроку, показали достаточно высокий уровень знаний.
Цели урока:
обучения
- сформировать знания о режимах движения жидкости и влиянии их
на гидравлические сопротивления;
- исследовать зависимость существования границ турбулентного и
ламинарного течений от числа Рейнольдса;
- добиться усвоения студентами понятий: шероховатость стенок, виды
шероховатости стенок, влияние шероховатости на режим течения жидкости;
умения делать выводы и публично выступать с полученной информацией.
воспитания
- убедить студентов в практической и профессиональной значимости
опытов и выводов О. Рейнольдса, режимов движения жидкости;
- создать атмосферу коллективного поиска, эмоциональной
приподнятости, радости познания, радости преодоления при выполнении все
более и более сложных заданий;
- содействовать в ходе урока формированию мировоззренческих
понятий;
-осоздать условия, обеспечивающие воспитание интереса к будущей
профессии;
- способствовать развитию творческого отношения к учебной
деятельности.
развития
- развивать интерес к предмету;
- развивать деловитость, предприимчивость, настойчивость;
- развивать память, мышление, речь, познавательные интересы;
-развивать у учащихся умения выделить главное, сравнивать,
классифицировать, обобщать факты и понятия.
Считаю, что цели, поставленные в начале урока, достигнуты.
Тип урока:ознакомление с новым материалом.
Данный тип урока имеет наиболее сложную структуру, включающую
в себя следующие элементы: организационную часть; проверку знаний ранее
изученного материала и выполнения домашнего задания; изложение нового
материала; первичное закрепление новых знаний, применение их на практике
и
инструктаж
по
домашнемуозаданию.
Любой процесс познания начинается с импульса, побуждающего к
действию. Необходима мотивация, побуждающая обучающегося к
вступлению к деятельности. Помня об этом, я продумывала каждый этап
урока, составляла задания, подбирала вопросы, использовала различные
приёмы
активизации
учащихся.
Проверка знаний проводилась в 3 этапа:
- устный фронтальный опрос, где наглядно были показаны вопросы
и ответы на них с помощью слайдов;
-письменное выполнение задания (тестирование), это и развитие
логического мышления, и проверка знаний предыдущих тем;
- взаимопроверка.
Это позволило вовлечь большее число учащихся в проверку знаний
иоспособствовалооактивномуоповторениюоматериала.
При изучении нового материала использовалась презентация
PowerPoint с элементами мультимедиа, использовались видеофильмы,
учебники.
Контроль усвоения знаний, умений и навыков учащихся
осуществлялся на всех этапах урока методами само- и взаимоконтроля
учащихся и корректного контроля за само- и взаимоконтролем учащихся со
стороны преподавателя.
На занятии отводилось время на закрепление полученных
теоретических знаний и выработке практических умений и навыков.
Закрепление материала проводилось после изучения каждого вопроса
плана урока:
- просмотр и обсуждение видеосюжета;
- закрепление 2 вопроса заключается в решении практических задач
и подготовке выступления по результатам расчета;
- закрепление 3 вопроса проводился в виде блиц-опроса.
На этапе закрепления знаний была проведена ролевая игра интерактивный метод, который позволяет студентам обучаться на
собственном опыте путем специально организованного и регулируемого
«проживания» жизненной и профессиональной ситуации.
Цель домашнего задания - закрепить знания учащихся путем
самостоятельной работы во внеурочное время. При выполнении домашнего
задания студенты будут использовать межпредметные связи, учебные
пособия, ресурсы сети Интернет, опорные материалы и глоссарии, это
одновременно способствует совершенствованию навыков работы с
литературой и цифровыми образовательными ресурсами и повышает интерес
к предмету, межпредметным связям, а, следовательно, способствует
совершенствованию достижений навыков образовательных результатов.
В ходе занятия использовалась технология здоровьесбережения
(тренажер для глаз Базарнова В. Ф., двигательные физминутки, дозировка
заданий, своевременная смена видов деятельности учащихся, смена
месторасположения в кабинете).
Ожидаемые результаты:

Сформированные знания по изученной теме.

Сформированные навыки применения новых знаний на
последующих уроках и на практике в будущем.

Умение находить необходимую информацию, выполнять
расчеты и анализировать полученные результаты.

Умение проводить самоконтроль и взаимоконтроль.
Психологическая атмосфера на уроке характеризовалась
дружественностью, оптимизмом и равенством как учащихся между собой,
так и междуообучающимисяоиопреподавателем. Результаты урока я
оцениваю как хорошие. Поставленные задачи и план урока удалось
реализовать. Программный материал урока обучающимися усвоен.