Введение
Объектами профессиональной деятельности выпускника по специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство» в соответствии с Государственным образовательным стандартом (ГОС) по направлению подготовки дипломированного специалиста 653500 «Строительство» являются промышленные, гражданские, жилищные, гидротехнические здания и сооружения; строительные материалы, изделия и конструкции; системы теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения промышленных, гражданских и природоохранных объектов; машины, оборудование, технологические комплексы и системы автоматики, используемые при строительстве и производстве строительных материалов, изделий и конструкций, земельные участки, городские территории.
В соответствии с требованиями ГОС к уровню подготовки инженер по специальности 270102.65 по направлению 653500 должен в том числе:
- знать основные законы механики жидких и газообразных сред, модели течения жидкости и газа;
- владеть методами расчета жидких и газовых потоков, приемами постановки инженерных задач для решения их коллективом специалистов различного направления.
В соответствии с основной образовательной программой (ООП) специальности 270102.65 «Промышленное и гражданское строительство» целью изучения дисциплины «Гидравлика» является формирование у студентов системы теоретических знаний и методов их практического применения при проектировании, строительстве и эксплуатации водопроводных и канализационных сетей, отопления и вентиляции.
Основные задач и определяются из цели настоящей дисциплины:
- получить четкое представление об основных законах гидравлики;
- освоить основы гидравлических расчетов, используемых при проектировании инженерных сооружений.
Данная дисциплина базируется на знаниях и умениях, полученных студентами при изучении следующих дисциплин: математики (ЕН.Ф.01), физики (ЕН.Ф.03), химии (ЕН.Ф.04), теоретической механики (ЕН.Ф.06), сопротивления материалов (ОПД.Ф02.01), информатики (ЕН.Ф.02).
Базовые знания и навыки в области гидравлики используются при выполнении курсовых и расчетно-графических работ по дисциплинам «Водоснабжение и водоотведение» и «Теплогазоснабжение и вентиляция».
Объем дисциплины, виды учебной работы и формы контроля
Таблица 1.1 – Дневная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Часов по семестрам |
| 4 семестр | ||
| Аудиторные занятия: | ||
| - лекции | ||
| - практические занятия | ||
| Самостоятельная работа: | ||
| - контрольная работа | ||
| - прочее | ||
| Всего | ||
| Вид итогового контроля (зачёт, экзамен) | зачет | зачет |
Таблица 1.2 – Заочная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Часов по семестрам | |
| 5 семестр | 6 семестр | ||
| Аудиторные занятия: | |||
| - лекции | |||
| - лабораторные занятия | - | ||
| Самостоятельная работа: | - | ||
| - контрольная работа | - | ||
| - прочее | - | ||
| Всего | |||
| Вид итогового контроля (зачёт, экзамен) | зачет | зачет |
Таблица 1.3 – Заочная сокращенная форма обучения
| Вид учебной работы | Всего часов | Часов по семестрам | |
| 2 семестр | 3 семестр | ||
| Аудиторные занятия: | |||
| - лекции | |||
| - практические занятия | - | ||
| Самостоятельная работа: | - | ||
| - контрольная работа | - | ||
| - прочие | - | ||
| Всего | |||
| Вид итогового контроля (зачёт, экзамен) | зачет | зачет |
Содержание дисциплины
Таблица 2.1 – Содержание теоретических занятий
| Тема | Трудоёмкость в часах | |||
| очная форма | заочная/сокращенная форма | |||
| Ауд. | СРС | Ауд. | СРС | |
| 1. Введение Предмет, цель и задачи курса. Содержание и объём курса, порядок проведения занятий и отчётности по ним. Литература. Примеры гидромеханических задач из различных отраслей техники. Краткие исторические сведения о развитии науки. | - | 0,5/- | - | |
| 2. Основные физические свойства жидкостей и газов. . Физическое строение жидкостей и газов. Основные физические свойства: сжимаемость, текучесть, вязкость, теплоемкость, теплопроводность. Гипотеза сплошности. Два режима движения жидкостей и газов. Неньютоновские жидкости. Термические уравнения состояния. Растворимости газов в жидкостях, кипение, кавитация. Смеси. Особые свойства воды. | 0,5/05 | 3/1 | ||
| 3. Основы кинематики Два метода описания движения жидкостей и газов. Понятие о линиях и трубках тока. Ускорение жидкой частицы. Расход элементарной струйки и расход через поверхность. Уравнение неразрывности (сплошности) в разных формах. Вихревое и безвихревое (потенциальное) движения. | - | 3/1 | ||
| 4. Общие законы и управления статики и динамики жидкостей и газов Уравнения движения в напряжениях. Уравнения гидростатики в форме Эйлера и их интегралы. Напряжения сил вязкости, обобщенная гипотеза Ньютона. Уравнение Навье-Стокса для вязкой жидкости. Примеры аналитических решений уравнений Навье-Стокса. | - | 4/1 | ||
| 5. Силы, действующие в жидкостях Массовые и поверхностные силы. Напряжения поверхностных сил. Напряженное состояние. | - | - | 1/- | |
| 6. Абсолютный и относительный покой (равновесие)жидких сред Основная формула гидростатики. Определение сил давления покоящейся среды на плоские и криволинейные стенки. Относительный покой (равновесие) жидкости. Относительное равновесие жидкости в ускоренно движущихся резервуарах. | 1/0.5 | 4/1 | ||
| 7. Общая интегральная форма количества движения и момента количества движения Закон изменения количества движения. Закон изменения момента количества движения. Силовое воздействие потока на ограничивающие его стенки. | - | 2/1 | ||
| 8. Подобие гидромеханических процессов Понятие о методе размерностей. Пи-теорема. Числа и критерии подобия. Методы моделирования. Методы аналогий. | - | 3/1 | ||
| 9. Общее уравнение энергии в дифференциальной и интегральной формах | - | 2/1 | ||
| 10. Турбулентность и ее основные статические характеристики Осредненные параметры и пульсации. Стандарт пульсационной скорости и степень турбулентности. Двухслойная модель турбулентности. | - | 4/1 | ||
| 11. Конечно-разностные формы уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса | - | 2/1 | ||
| 12. Общая схема применения численных методов и их реализация на ЭВМ Одномерные стационарные задачи. Одномерные нестационарные задачи. Плоские и пространственные потоки. | - | 2/1 | ||
| 13. Одномерные потоки жидкостей и газов 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). Основная формула равномерного движения. Сопротивления по длине для напорных и безнапорных потоков. Данные о гидравлическом коэффициенте трения. Зоны сопротивления. Наиболее употребительные формулы для гидравлического коэффициента трения. Местные гидравлические сопротивления, основная формула. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса и геометрических параметров русла. Виды местных сопротивлений. Расчеты одномерных стационарных напорных и безнапорных потоков. Истечение жидкости и газа через отверстия и насадки. Истечение жидкости через «малые» отверстия в тонкой стенке: средняя скорость, расход, траектория струи жидкости; истечение через затопленные отверстия. Особенности истечения через внешний цилиндрический насадок. Насадки других видов. Одномерное неустановившееся движение, основное уравнение, инерционный напор. Случаи малых ускорений – истечение из резервуаров при переменном напоре. Гидравлический удар в трубах, формула Жуковского. 14. Расчет трубопроводов Простые трубопроводы, сложные трубопроводы, трубопроводы с переменным расходом по пути. Принципы расчета тупиковых и кольцевых трубопроводных сетей. Применение ЭВМ. | 4/3,5 | 30/10 | ||
| Всего | 6/4 | 54/18 |
Таблица 2.2 – Содержание практических занятий и лабораторных работ
| Тема | Трудоёмкость в часах | |||
| очная форма | заочная/сокращенная форма | |||
| Ауд. | СРС | Ауд. | СРС | |
| 1. Решение задач с использованием физических свойств жидкостей и газов. | 1/1 | |||
| 2. Решение задач с использованием общих законов статики и динамики жидкости и газов. | 1/- | |||
| 3. Решение задач с использованием уравнения Бернулли и определения гидравлических сопротивлений. | 2/1 | |||
| 4. Гидравлический расчет трубопроводов. | ||||
| Всего | 4/2 |
Содержание самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов (далее СРС) является неотъемлемой составляющей образовательного процесса по дисциплине Гидравлика и является обязательной для каждого студента. Основные цели СРС – освоение в полном объёме дидактических единиц, указанных в таблицах 2.1 и 2.2 и последовательная выработка навыков эффективной самостоятельной профессиональной деятельности в соответствии с видами, определенными в ГОС ВПО.
Самостоятельная работа студентов включает:
· контрольную работу по темам 1,2,3,4 указанным в таблице 2.2;
· самостоятельную проработку теоретических вопросов, подготовку к практическим занятиям и итоговой аттестации в форме зачета.
Цель контрольной работы (КР) – демонстрация полученные в ходе изучения дисциплины знаний и умение использовать их при решении конкретных практических задач в поле профессиональной деятельности выпускника, связанных с проектированием сетей водоснабжения и канализации.
Контрольная работа направлена на самостоятельное обобщение и оценку учебного материала, обоснование полученных выводов.
Тематика контрольных работ определяется преподавателем.
КР оформляется в виде отчета на листах формата А4 объемом 3–5 страниц. Указания по выполнению КР представлены в п. 4.2.1.
На самостоятельную проработку выносятся следующие теоретические вопросы:
1. Сила давления на криволинейные поверхности. Тело давления.
2. Подобие гидромеханических процессов.
3. Истечение жидкости и газа через отверстия и насадки.
4. Расчет кольцевых трубопроводов.
Учебно-методическое обеспечение
Список рекомендуемой литературы
4.1.1 Основная литература
1. Лапшев Н.Н. Гидравлика: Учеб. для вузов.-М.: Академия, 2007.- 268 с.
2. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Учеб.для вузов.- М.: БАСТЕТ, 2008. - 671 с.
3.Гиргидов А.Д. Механика жидкости и газа. Учеб. для вузов.- СПб.: Издательство Политехн. ун-та, 2007. –544 с.
4.1.2Дополнительная литература
4.Бутаев Д.А. и др. Сборник задач по машиностроительной гидравлике/Под ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвивза. Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1981. - 484 с.
5.Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б.Б.Некрасова. Учебное пособие. -М.:Высш. шк., 1989. -245 с.