ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ В ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТАХ
(для групп ФП - 1,2,3,4,5,6,8,9 – 15, 2016/2017 уч. г.г.)
 |
1. Основные физические свойства жидкости: текучесть среды, гипотеза сплошности среды, плотность среды, температурное расширение, вязкость среды, сжимаемость среды, модуль упругости, закон Гука для жидкостей.
2. Модели жидкой среды.
3. Силы (объёмные, поверхностные) и напряжения, действующие в жидкости. Тензор напряжений. Касательные и нормальные напряжения. Гидродинамическое давление. Уравнения движения жидкости в напряжениях.
4. Гидростатика. Общие дифференциальные уравнения гидростатики (уравнения Эйлера) и их интегрирование. Основное уравнение гидростатики. Абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давления. Пьезометрическая и вакуумметрическая высоты. Приведённая высота. Относительное равновесие жидкости (на примере с жидкостью, вращающейся в цилиндрическом сосуде).
5. Равномерное давление на плоскую и криволинейную твердые стенки. Гидростатический парадокс. Неравномерное давление на плоскую стенку. Центр давления. Неравномерное давление на криволинейную поверхность. Объём тела давления. Закон Архимеда.
6. Кинематика жидкости. Понятие жидкой частицы и её скорости. Методы описания движения жидкости – метод Эйлера и метод Лагранжа. Понятие местной мгновенной скорости. Установившееся (стационарное) и неустановившееся (нестационарное) движения. Локальная и конвективная составляющие ускорения. Линия тока. Траектория движения жидкой частицы. Дифференциальное уравнение линий тока. Трубка тока. Струйка жидкости.
7. Объёмный и массовый расходы для струйки и потока жидкости. Уравнение неразрывности (сплошности) в интегральной форме. Частные случаи уравнения неразрывности (установившееся движение, несжимаемая жидкость). Уравнение неразрывности в дифференциальной и гидравлической формах.
8. Общий характер движения жидкой частицы. Тензор скоростей деформаций. Теорема Коши-Гельмгольца.
9. Безвихревое движение жидкости. Потенциал скорости. Эквипотенциальная поверхность.
10. Функция тока. Гидродинамическая сетка, ёе основные свойства. Методы исследования потенциальных течений (на примере электрогидродинамической аналогии (ЭГДА)).
11. Вихревое движение жидкости. Вихревая линия. Элементарная вихревая трубка, вихревой шнур. Интенсивность (напряжённость) вихревой трубки. Теорема Гельмгольца о вихрях. Понятие и основные свойства циркуляции скорости. Теорема Стокса для односвязной и многосвязной областей.
12. Динамика вязкой жидкости. Обобщённая гипотеза Ньютона о связи между напряжениями и скоростями деформаций. Уравнения движения вязкой сжимаемой и несжимаемой жидкостей (уравнения Навье-Стокса). Уравнения движения вязкой жидкости в форме Громеки-Ламба. Использование начальных и граничных условий.
13. Уравнение Бернулли для струйки вязкой несжимаемой жидкости. Геометрическая и энергетическая трактовки составляющих уравнения Бернулли.
14. Модель идеальной жидкости. Уравнения движения идеальной жидкости (уравнения Эйлера). Интегрирование уравнений движения Эйлера для установившегося безвихревого и вихревого движений жидкости, а также для случаев изотермического и адиабатного процессов течения идеального газа. Интегрирование уравнений Эйлера при неустановившемся безвихревом движении. Установившееся безвихревое относительное движение жидкости.
15. Основы теории подобия гидромеханических процессов. Геометрическое, кинематическое и динамическое подобия. Отличие понятий «подобие» и «аналогия». Критерии подобия: Фруда, Эйлера, Рейнольдса, Струхала и их физический смысл. Механическое подобие. Необходимое и достаточное условия существования механического подобия гидродинамических процессов. Практическое применение теории подобия гидродинамических явлений (привести примеры течений и критериев их моделирования).
16. Одномерные течения. Понятие и основные свойства плавноизменяющихся потоков вязкой жидкости. Уравнение Бернулли для потока вязкой несжимаемой жидкости. Коэффициент кинетической энергии.
17. Гидравлические сопротивления (потери напора). Сущность местных сопротивлений и сопротивлений по длине. Местные гидравлические сопротивления. Коэффициент местного сопротивления. Потери напора при внезапном расширении круглой трубы (формула Борда) и в канале постепенного расширения (диффузоре). Зависимость коэффициента потерь в диффузоре от угла его раскрытия.
18. Режимы течения вязкой жидкости. Структуры ламинарного и турбулентного течений, переходы от ламинарного режима к турбулентному и наоборот. Критические числа Рейнольдса для течения жидкости в круглой трубе.
19. Ламинарное течение жидкости в круглой трубе (течение Пуазейля). Распределение скоростей и касательных напряжений, определение потерь давления (напора). Понятие начального участка.
20. Основные закономерности турбулентного движения. Мгновенная, осредненная и пульсационная скорости. Коэффициент перемежаемости. Уравнения турбулентного движения вязкой несжимаемой жидкости (уравнения Рейнольдса). Тензор турбулентных напряжений. Турбулентная вязкость. Гипотезы о турбулентных напряжениях (гипотезы Буссинеска и Прандтля).
21. Турбулентное течение в трубах. Двухслойная модель турбулентности. Распределение скоростей и касательных напряжений при турбулентном течении в трубах. Степенные законы распределения скоростей при турбулентном течении в трубе. Гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Потери давления (напора) при турбулентном течении в трубах (формула Дарси). Гидравлический коэффициент трения. Графики Никурадзе. Эквивалентная шероховатость трубы.
22. Истечение жидкости через отверстия. Коэффициенты расхода, скорости и сжатия потока. Формула Торричелли для скорости в сжатом сечении потока.
23. Истечение жидкости через насадки. Виды насадков. Структура потока жидкости во внешнем цилиндрическом насадке. Определение расхода жидкости при истечении через насадки. Сравнение истечений жидкости из круглого отверстия и внешнего цилиндрического насадка того же диаметра.
24. Динамическое воздействие свободной струи на криволинейную и плоскую твердые преграды.
25. Простые и сложные трубопроводы. Основы гидравлического расчета трубопроводов.
26. Основы теории пограничного слоя. Понятие пограничного слоя. Толщина вытеснения; толщина потери импульса. Уравнения ламинарного пограничного слоя (уравнения Прандтля). Интегральное соотношение для пристенного пограничного слоя (уравнение импульсов Кармана). Решение уравнения Кармана для ламинарного и турбулентного пограничных слоёв на плоской пластине. Отрыв пограничного слоя.
27. Одномерные течения газа. Основные уравнения одномерного течения газа: термодинамические соотношения и различные формы уравнения Бернулли. Скорость распространения малых возмущений в газе. Параметры торможения, критическая скорость. Изоэнтропические формулы. Изменение параметров газа при течении по трубе переменного сечения (уравнение Гюгонио). Сопло Лаваля. Истечение газа из резервуара через сужающееся сопло. Формула Сен-Венана-Ванцеля. Прямой скачок уплотнения. Ударная адиабата.
Примечание: На экзамене будут задачи на следующие темы:
1.Давление в покоящейся жидкости.
2. Силы давления жидкости и газа на плоские и криволинейные стенки.
3. Кинематика жидкости.
4. Истечение жидкости через отверстия, насадки и водосливы при постоянном напоре.
5. Местные сопротивления, приборы для измерения расхода и скорости.
6. Расчет простых трубопроводов. Потери напора по длине. Гидравлический коэффициент трения.
7. Гидравлические машины.