«Механика жидкости и газа»

Форма 2
Аннотация примерной программы учебной дисциплины
«Механика жидкости и газа»
1. Цели и задачи дисциплины
Цели дисциплины
формирование знаний основ механики жидкости и газа.
Задачи дисциплины
овладение знаниями и умениями использовать законы сохранения
количества движения, энергии и массы для жидких и газообразных
сред, при различных режимах течения, знакомство с моделями
сплошных сред и их напряженным состоянием.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у
обучаемого следующих компетенций:
 ОК – 3 (готовность к кооперации с коллегами, работа в коллективе);
 ПК – 2 (способность демонстрировать базовые знания в области
естественнонаучных дисциплин и готовность использовать основные
законы в профессиональной деятельности, применять методы
математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования);
 ПК – 3 (готовность выявить естественнонаучную сущность проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, и способность
привлечь для их решения соответствующий физико-математический
аппарат);
– ПК – 12 (способность демонстрировать знание теоретических основ
рабочих процессов в энергетических машинах, аппаратах и
установках).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: основные свойства жидкостей и газов, методы описания
движения сплошных сред, основные дифференциальные уравнения
равновесия жидкости, закономерности одномерного течения, основы
теории размерностей и гидродинамического подобия, модели
турбулентности.
Уметь: решать задачи на равновесие жидкости в сообщающихся
сосудах, определять силы, действующие в покоящейся жидкости на
плоские и криволинейные поверхности, определять режимы движения
жидкости, строить пьезометрические и напорные линии реального
потока в трубах, определять расходы истечения жидкости из малых
отверстий, производить гидравлический расчёт трубопроводных
систем с последовательным и паралельнным соединением элементов.
Владеть: методикой расчета гидростатических систем в виде
сообщающихся
сосудов,
методикой
определения
сил
гидростатического давления на плоские и криволинейные поверхности;
методикой гидравлического расчёта трубопроводных систем с
последовательным и параллельным соединением.
3. Содержание дисциплины. Основные разделы.
1.
Введение. Основные свойства жидкостей и газов
Место механики жидкости и газа в механических дисциплинах.
Гипотеза сплошности. Плотность, удельный вес, ньютоновские и
реологические жидкости. Модели жидкой среды. Режимы течения,
понятие о пограничном слое.
2.
Кинематика.
Математический аппарат описания движения сплошной и разреженной
сред, формулы Остроградского-Гаусса и Стокса. Два метода описания
движения жидкости. Линия тока, трубка тока и струйка тока, живое
сечение, расходы жидкости. Уравнения неразрывности в интегральной и
дифференциальной форме. Теорема Коши-Гельмгольца. Тензор
скоростей деформации и его физический смысл.
3.
Силы, действующие в жидкостях. Уравнения движения в
напряжениях.
Силы, действующие в жидкости: массовые и поверхностные.
Нормальные и касательные напряжения, тензор напряжений. Основные
свойства давления. Уравнения движения в напряжениях.
4.
Гидростатика.
Уравнения Эйлера для покоящейся жидкости. Равновесие несжимаемой
жидкости, основная формула гидростатики, единицы измерения
давления. Равновесие жидкости в сосуде, движущемся вертикально и
горизонтально с постоянным ускорением, равновесие жидкости в
сосуде, равномерно вращающемся вокруг вертикальной оси. Силы
давления жидкости на твердые стенки: равномерное давление на
плоскую стенку, неравномерное давление на плоскую стенку,
неравномерное
Архимеда.
давление
на
криволинейную
поверхность,
закон
5.
Общие законы и уравнения динамики для жидкостей и газов.
Общие законы и уравнения динамики жидкости: законы сохранения
энергии, импульса и массы. Уравнения движения Эйлера. Уравнения
Громеки-Ламба. Интегрирование уравнений движения Эйлера, интеграл
Бернулли. Уравнение Бернулли для частных случаев: изотермическое и
адиабатное течение идеального газа, течение несжимаемой жидкости.
Энергетический смысл уравнения Бернулли. Обобщенная гипотеза
трения Ньютона. Уравнение Навье-Стонса, граничные и начальные
условия. Уравнение Бернулли для струйки вязкой несжимаемой
жидкости. Уравнение количества движения в интегральной форме.
Одномерное течение несжимаемой жидкости.
Одномерная модель потока. Распределение давления в живом сечении.
Уравнение Бернулли для потока вязкой несжимаемой жидкости. Потеря
напора. Течение в круглых трубах, начальный участок. График Никурадзе,
коэффициент гидравлического трения для труб с естественной
шероховатостью. Местные гидравлические сопротивления: внезапное
расширение потока, внезапное сужение потока, взаимное влияние местных
сопротивлений. Истечение жидкости и газа через отверстия и насадки.
Газодинамические функции расхода, тепловое, расходное и механические
воздействия. Гидравлический расчет трубопроводных систем и сопел, три
задачи расчета трубопровода. Уравнение одномерного неустановившегося
движения, гидравлический удар в трубах. Основы теории течений газовых
струй. Сверхзвуковое течение газов.
6.
Подобие гидродинамических процессов
Подобие
гидродинамических
процессов:
геометрическое,
кинематическое и динамическое подобие. Условия механического подобия.
Критерии подобия из уравнений Навье-Стонса для несжимаемой жидкости.
Теория размерностей, пи-теорема.
7.
Турбулентность
Уравнения Рейнольдса и неразрывности для развитого турбулентного
движения несжимаемой жидкости, вязкостные и турбулентные напряжения.
Гипотеза о турбулентных напряжениях.
8.