Энгельсский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

Энгельсский технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра: Машины и аппараты химических производств
Рабочая программа
по дисциплине ОПД.Ф.07.01 «Гидравлика»
260601.65 «Машины и аппараты пищевых производств»
Форма обучения - очная
Курс-3
Семестр- 5
Лекции- 34
Лабораторные занятия- 17 часов
Экзамен- 5 семестр
Самостоятельная работа – 68 часов
Всего: 119 часов
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры МХП
«____»__________201_г., протокол №
Зав.кафедрой МХП,________________ В.Н.Целуйкин
Рабочая программа утверждена на заседании УМКС МПП
«_____»___________ 201_г., протокол № ______
Председатель УМКС ________________С.Н. Никоноров
г. Энгельс, 2011 г.
1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
Цель преподавания дисциплины
Курс «Гидравлика» является общеинженерной дисциплиной формирующей у
студентов знания необходимые для изучения таких курсов, как «Теплотехника»,
«Процессы и аппараты» и ряда других курсов, а также для решения ряда технических
задач, связанных с движением жидкости по трубам и каналам.
1.2. Задачи изучения дисциплины
Основными задачами курса «Гидравлика» является изучение методов расчета
силового взаимодействия покоящейся или движущейся жидкости с соприкасающимися с
ней твердыми поверхностями, методов расчета трубопроводов, а также изучение
устройства и методов расчета гидравлических машин, гидро- и пневмопривода.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо
для усвоения данной дисциплины
Для успешного изучения курса «Гидравлика» необходимо знание таких дисциплин
как:
-высшая математика;
-физика;
-теоретическая механика;
Знания и умения, полученные при изучении курса «Гидравлика» необходимы
инженеру-механику при расчете и эксплуатации трубопроводных систем, насосов и
гидропривода, а также при выполнении дипломного проекта.
2. Требования к знаниям и умениям студентов по
дисциплине
Студент должен знать:
- законы равновесия жидкости;
- законы движения жидкости по трубам и каналам;
- методы расчета потерь напора и гидравлических сопротивлений при движении
жидкости в трубах;
---
- законы истечения жидкости через отверстия и насадки;
- устройство, принцип действия и методы расчета основных типов насосов и
гидравлических двигателей.
Студент должен уметь:
- рассчитать
поверхностями;
силовое
взаимодействие
покоящейся
жидкости
с
твердыми
- рассчитать потери напора и гидравлические сопротивления при движении жидкости
в трубах;
- пользоваться методами расчета трубопроводов;
-рассчитать основные параметры насосной установки и подобрать насос.
3. Распределение трудоемкости (час.) дисциплины по темам и видам
занятий
№мод.
№темы
Наименование темы
Всего
часов
лекции
лаб.раб.
СРС
1
2
3
4
5
6
7
1
1
Вводная часть
4
2
-
2
2
Гидростатика
16
4
-
12
3
Основы гидродинамики
18
6
2
10
4
Гидравлические
сопротивления
12
6
6
-
5
Истечение через отверстия и
насадки
6
2
4
-
6
Движение жидкости в
напорных трубопроводах
14
2
-
12
7
Гидравлические машины.
Насосы.
28
8
4
16
8
Гидравлические двигатели
10
2
-
8
9
Гидропередачи
10
2
-
8
119
34
17
68
2
3
ВСЕГО:
4. Содержание лекционного курса
№ темы
1
1
2
Всего
часов
№
лекции
2
3
4
1
Вводная часть. Предмет и задачи курса. История возникновения и
развития науки "Гидравлика". Основные понятиями определения,
идеальная и реальная жидкость. Основные физические свойства
жидкости. Силы, действующие в жидкости.
2
Гидростатика. Гидростатическое давление и его свойства.
Дифференциальные уравнения равновесия жидкости Эйлера.
Основное
уравнение
гидростатики.
Геометрический
и
энергетический смысл основного уравнения гидростатики.
2
4
Тема лекции
Вопросы, отрабатываемые на лекции
3
Определение силы полного давления на плоские фигуры. Уравнение
поверхности равного давления. Закон Архимеда. Основы теории
плавания тел.
4
Гидродинамика. Основные задачи гидродинамики. Методы
исследования гидродинамики. Траектория, линия тока, трубка тока.
Элементарная струйка и ее свойства. Уравнение неразрывности для
элементарной струйки. Характеристики потока. Уравнение
неразрывности в гидравлической форме. Виды движения потока
жидкости.
5
3
6
6
7
4
6
8
9
5
2
6
2
Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости
Эйлера. Дифференциальное уравнение неразрывности движения
жидкости. Дифференциальные уравнения движения вязкой
жидкости Новье-Стокса.
Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной
жидкости. Геометрический и энергетический смысл уравнения
Бернулли. Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной
жидкости. Гидравлический уклон. Понятие о плавно-изменяющемся
потоке жидкости. Уравнение Бернулли для потока реальной
жидкости.
Потери напора и гидравлические сопротивления. Классификация
потерь напора. Режимы движения жидкости. Опыт Рейнольдса,
критерий Рейнольдса. Распределение скоростей и касательных
напряжений по живому сечению трубы при ламинарном режиме.
Расход потока и потери напора при ламинарном движений жидкости
в прямых круглых трубах. Уравнение Пуазейля. Уравнение Дарси.
Механизм и структура турбулентного потока. Осредненная
скорость, турбулентные пульсации, интенсивность турбулентности.
Напряжение силы трения в турбулентном потоке. Турбулентная
вязкость. Понятие о пограничном слое. Распределение скоростей по
живому сечению трубы при турбулентном режиме.
Потери напора при турбулентном режиме. Гидравлически гладкие и
шероховатые стенки. Зоны гидравлических сопротивлений. График
Никурадзе. Потери напора в местных сопротивлениях. Уравнение
Дарси-Вейсбаха.
10
Истечение жидкости через малое незатопленное отверстие в тонкой
стенке. Истечение жидкости через затопленные отверстия.
Истечение жидкости через насадки при постоянном напоре.
Истечение жидкости через отверстия и насадки при переменном
напоре.
11
Движение жидкости в напорных трубопроводах. Задачи расчета
трубопроводов.
Классификация
трубопроводов.
Основные
расчетные формулы. Расчет простого
трубопровода с
последовательным соединением. Расчет тупиковых разветвленных
трубопроводов. Расчет параллельно-разветвленных трубопроводов.
Гидравлические характеристики трубопроводов. Основы техникоэкономического расчета трубопроводов.
12
7
13
Центробежные насосы. Устройство и принцип действия
центробежного насоса. Классификация центробежных насосов.
Треугольники скоростей. Основное уравнение центробежных машин
Эйлера. Подобие лопастных машин. Законы пропорциональности.
14
Характеристики
центробежных
насосов.
Универсальная
характеристика. Работа центробежного насоса на сеть. Рабочая
точка. Регулирование производительности. Совместная работа
центробежных насосов. Осевая сила и ее разгрузка. Кавитация.
8
15
8
2
9
2
ВСЕГО:
34
5.
Определение и классификация гидравлических машин. Параметры,
характеризующие работу насосов. Схема насосной установки. Напор
и высота всасывания насоса.
Поршневые насосы. Область применения. Классификация
поршневых насосов. Основные схемы и формулы их
производительности. Графики подачи поршневых насосов.
Коэффициент неравномерности подачи. Устройство и принцип
действия воздушных колпаков.
16
Гидравлические двигатели, область применения. Классификация
гидравлических двигателей. Параметры, характеризующие работу
гидравлических
двигателей.
Преимущества
гидравлических
двигателей перед электродвигателями. Гидравлические двигатели
динамического действия. Гидравлические двигатели объемного
типа. Силовые цилиндры. Обратимые гидромашины.
17
Гидропередачи. Назначение и принцип действия. Классификация
гидропередач. Рабочие жидкости применяемые в гидропередачах и
требования, предъявляемые к ним. Динамические гидропередачи.
Гидромуфта и гидротрансформатор. Объемные гидропередачи
возвратно-поступательного и вращательного движения.
Перечень практических занятий –учебным планом не предусмотрено
6.
Перечень лабораторных работ
№ темы
Всего
часов
№
работы
Наименование лабораторной работы.
3
2
1
Исследование режимов движения жидкости и опытная проверка
критерия Рейнольдса.
4
2
2
Исследование коэффициента гидравлического трения.
4
3
Определение коэффициентов местных сопротивлений.
Вопросы, отрабатываемые на лабораторных занятиях
5
4
4
Исследование истечения жидкости через отверстия и насадки.
7
4
5
Снятие характеристик центробежного насоса.
ВСЕГО: 16
7.
№ темы
Всего
часов
Задания для самостоятельной работы студентов
Вопросы для самостоятельного изучения (задания)
Литература
3
4
1
2
1
2
История возникновения и развитие науки
"Гидравлика".
1
2
12
Свойства гидростатического давления.
1
Способы измерения давления, приборы для
измерения давления.
Устройство механических манометров.
Единицы измерения давления и соотношение между
ними.
Форма свободной поверхности жидкости во
вращающемся сосуде.
Остойчивость тел, плавающих на свободной
поверхности.
Эпюры гидростатического давления.
1, 4
1, 4
1, 4, 5
1, 4
1, 4
1, 4, 5
3
10
Практические применения уравнения Бернулли.
Принцип действия струйных насосов.
Измерение расхода с помощью сужающих устройств.
Течение неньютоновских жидкостей.
6
12
16
1, 4
4
Расчет коротких трубопроводов.
1
Расчет сифонов.
1
Гидравлический удар в напорных трубопроводах.
Скорость распространения ударной волны.
7
1, 3, 7
1, 4, 7
Классификация центробежных насосов.
1, 6
Осевая сила и способы ее разгрузки.
1, 6
Кавитация.
1, 6
Осевые насосы.
1, 6
Вихревые насосы.
1, 6
Классификация поршневых насосов.
1, 6
Устройство воздушных колпаков.
1, 6
Классификация и область применения роторных
насосов.
1, 6
Шестеренчатые насосы.
1, 6
8
8
9
8
ВСЕГО:
8.
9.
10.
11.
Пластинчатые насосы.
1, 6
Поршеньковые насосы.
1, 6
Винтовые насосы.
1, 6
Устройство гидравлических двигателей
динамического действия.
1, 6
Устройство гидравлических двигателей объемного
типа.
1, 6
Устройство гидромуфты и гидротрансформатора.
1, 6
Устройство гидропередач объемного типа.
1, 6
68
Курсовой проект - учебным планом не предусмотрен
Курсовая работа – учебным планом не предусмотрена
Расчетно-графическая работа – учебным планом не предусмотрена
Контрольная работа - учебным планом не предусмотрена
12.
Экзаменационные вопросы
1. Предмет задачи курса. История развития курса.
2. Основные определения и физические свойства жидкости. Силы, действующие в
жидкости.
3. Гидростатическое давление и его свойство.
4. Дифференциальное уравнение равновесия Эйлера.
5. Основное уравнение гидростатики. Эпюры гидростатического давления.
6. Геометрический и энергетический смысл основного уравнения гидростатики.
7. Способы измерения гидростатического давления. Приборы для измерения
давления.
8. Суммарное давление жидкости на плоские поверхности.
9. Закон Архимеда. Основы теории плавания тела.
10. Относительный покой жидкости. Поверхности равного давления. Практическое
применение законов гидростатики.
11. Основные задачи гидростатики. Методы изучения движения жидкости.
12. Траектория движения. Линия тока. Трубка тока.
13. Элементарная струйка и её свойства. Объемный расход жидкости. Уравнение
неразрывности для элементарной струйки капельной жидкости при установившемся
движении.
14. Поток жидкости. Основные характеристики потока жидкости. Средняя скорость
потока.
15. Уравнение неразрывности для потока жидкости при установившемся (в
гидравлической форме).
16. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости Эйлера.
17. Дифференциальные уравнение неразрывности движения жидкости.
18. Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнение НавьеСтокса).
19. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.
20. Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли.
21. Уравнение Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости.
Пьезометрический и гидравлический уклоны.
22. Понятие о плавноизменяющемся движении потока жидкости.
23. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Условие применимости
уравнения Бернулли.
24. Практическое применение уравнение Бернулли. Струйные насосы. Трубка ПитоПрандтля. Измерение расхода с помощью сужающих устройств.
25. Режимы движения жидкости. Критерии Рейнольдса.
26. Ламинарное движение жидкости. Распределение скоростей по живому сечению
трубы. Распределение напряжения силы трения по живому сечению.
27. Определение расхода и средней скорости при ламинарном режиме.
28. Определение потерь напора на гидравлические сопротивления при ламинарном
режиме течения. Формула Дарси.
29. Механизм и структура турбулентного потока.
30. Толщина ламинарного слоя в турбулентном потоке. Гидравлически гладкие и
шероховатые трубы.
31. Напряжение сил трения в турбулентном потоке.
32. Распределение скоростей по живому сечению потока при турбулентном режиме.
33. Потери напора на гидравлические сопротивления при турбулентном режиме.
График Никурадзе.
34. Потери напора в местных сопротивлениях.
35. Истечение жидкости через малые незатопленные отверстия и тонкой стенке при
постоянном напоре.
36. Истечение через затопленные отверстия.
37. Истечение через насадки при постоянном напоре.
38. Истечение через отверстия и насадки при переменном напоре.
39. Виды трубопроводов. Основные расчетные формулы при движении жидкости в
напорных трубопроводах.
40. Расчет трубопроводов с последовательным соединением.
41. Гидравлический расчет тупиковых и параллельно-разветвленных трубопроводов.
42. Гидравлические характеристики трубопроводов.
43. Гидравлический расчет коротких трубопроводов и сифонов. Предельная высота
всасывания.
44. Гидравлический удар в напорных трубопроводах.
45. Экономически наивыгоднейшая скорость движения жидкости в трубопроводах.
46. Определение и классификация гидравлических машин. Краткая история развития
гидравлических машин.
47. Производительность, напор, высота всасывания и нагнетания, мощность и к.п.д.
насоса.
48. Устройство, принцип действия и классификация центробежных насосов.
49. Основное уравнение центробежного насоса. Влияние формы лопаток рабочего
колеса на величину напора.
50. Характеристики центробежных насосов. Определение режима работы насоса и
регулирование его производительности.
51. Совместная работа нескольких центробежных насосов.
52. Осевое давление и способы его разгрузки.
53. Подобие лопастных машин. Коэффициент быстроходности.
54. Осевые и вихревые насосы.
55. Устройство, работа и классификация поршневых насосов. Основные схемы
поршневых насосов и формулы из производительности.
56. График подачи поршневых насосов. Коэффициенты неравномерности подачи.
57. Воздушные колпаки, их назначение и принцип действия. Объем воздушных
колпаков.
58. Классификация и область применения роторных насосов. Шестеренчатые и
винтовые насосы.
59. Пластинчатые (шиберные) насосы.
60. Аксиально-поршеньковые и радиально-поршеньковые насосы.
61. Классификация и область применения гидравлических двигателей, их достоинства.
62. Гидравлические двигатели динамического действия.
63. Гидравлические двигатели объемного типа.
64. Классификация и область применения гидравлических передач. Рабочие жидкости,
применяемые в гидравлических передачах.
65. Объемные гидропередачи прямолинейного возвратно-поступательного движения.
66. Объемные гидропередачи вращательного движения.
13.
Список литературы
Основная
1. Косой В. Д., Рожков В.А. Гидравлика. – М.: ДеЛи принт, 2008. – 495с.
2. Косой В. Д., Рожков В.А. Пособие для лабораторных работ по курсу “Гидравлика”. –
М.: ДеЛи принт, 2007. – 216с.
3. Калякин А. М., Шашмин В. К. Гидравлические задачи. Методы решения. Учебное
пособие. – Саратов: изд. СГТУ, 2008. – 96с.
Дополнительная
4. Рабинович Е. З. Гидравлика. – М.: Недра, 1980. – 270с.
5. Большаков В.А., Попов В. Н. Гидравлика. Общий курс. – Киев: Выща школа, 1989. –
215с.
6. Кравченко Г. И. Гидравлические машины. – М.: Энергоиздат, 1983. – 320с.
7. Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу./ Под ред. Некрасова Б. Б. –
М.: Высшая школа, 1989. – 192с.
8. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям./ Под ред. М. О.
Штейнберга. – М.: Машиностроение, 1992. – 672с.
14.
Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной
техники
В лекционной части курса используются плакаты. При выполнении лабораторных работ
используется виртуальный лабораторный практикум по курсу «Механика жидкости и
газа».
Рабочую программу составил ________________ Сергеев А.Д.
Рабочая программа пересмотрена
на заседании кафедры «___»________ 20__г., протокол № __
Зав.кафедрой , д.т.н., проф.________________В.Н.Целуйкин
Внесенные изменения утверждены на
заседании УМКС МПП «___»________20 г., протокол №__
Председатель УМКС_______________С.Н. Никоноров