3. Цель преподавания дисциплины

Дидактическая цель курса заключается в формировании у студентов теоретических и прикладных знаний необходимых для изучения специальных курсов по специальности «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», а также для решения многих инженерных задач.

Целью преподавания является подготовка специалиста для производ­ственно-технической, организационно-управленческой, проектно-конст­рукторской и исследовательской деятельности в области проектирования, сооружения и эксплуатации газонефтепроводов и газонефтехранилищ.

4. Задачи изучения дисциплины

Задачами изучения дисциплины являются:

1. Теоретическая подготовка в области гидромеханики, позволяющая будущим инженерам ориентироваться в потоке научно-технической информации и обеспечивающая возможность использования ими гидромеханических методов в будущей специальности.

2. Формирование у студентов научного мышления в частности, правильного понимания границ применяемости различных гидромеханических понятий, законов, теорий и умение оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных и математических методов исследования или инженерных расчетов.

3. Усвоение основных гидромеханических явлений и законов, методов гидромеханических исследований применительно к различным задачам будущей специальности.

4. Выработка у студентов приемов и навыков решения конкретных задач из разных областей гидромеханики, помогающих студентам в дальнейшем решать инженерные задачи.

Настоящий учебно-методический комплекс составлен на основе различных учебников, учебных и учебно-методических пособий и предназначен для использования студентами специальности 1-70 05 01 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» при изучении дисциплины «Техническая гидромеханика» на кафедре трубопроводного транспорта и гидравлики.

Перечни литературных источников, которые были использованы при составлении учебно-методического комплекса, приводятся в конце каждого модуля.

МОДУЛЬ 1

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ

1. Введение

Жидкостью называется физическое тело, обладающее весьма большой подвижностью частиц. В то время как для изменения формы твердого тела к нему нужно приложить конечные, иногда очень большие силы, изменение формы жидкости может происходить под действием даже самых малых сил. Жидкость сильно деформируется, не дробясь на частицы. Говорят, что она обладает текучестью. Деформация происходит даже под воздействием собственного веса, поэтому жидкость изменяет форму в сосуде, в котором она находится.

Жидкость, как и всякое физическое тело, имеет молекулярное строение, то есть состоит из отдельных частиц-молекул, объем пространства между которыми во много раз превосходит объем самих молекул.

Однако из-за чрезвычайной малости не только самих молекул, но и расстояний между ними (по сравнению с объемами, рассматриваемыми при изучении равновесия и движения жидкости) в механике жидкости ее молекулярное строение не рассматривается; предполагается, что жидкость заполняет все пространство, без образования каких либо пустот. Тем самым, вместо самой жидкости изучается ее модель, обладающая свойством непрерывности (эта модель реализует гипотезу, согласно которой жидкость представляет собой материальный континуум, то есть заполняет пространство сплошным образом).

Эта гипотеза упрощает исследование, так как позволяет рассматривать все механические характеристики жидкой среды (скорость, плотность, давление и т.д.) как функции координат точки в пространстве и времени, причем в большинстве случаев эти функции предполагаются непрерывными и дифференцируемыми.

Эту модель можно использовать до тех пор, пока в достаточно малых объёмах жидкости содержится большое количество молекул. К примеру, в кубике воздуха со стороной размером 0,001 мм находится 2,7× 10⁷ молекул.

Жидкости с точки зрения механических свойств разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные).

Благодаря наличию в капельной жидкости некоторых сил молекулярного взаимодействия, величина их объема мало изменяется под действием внешних сил, то есть они мало сжимаемы. При атмосферном давлении сжимаемость воды в 14000 раз меньше сжимаемости воздуха.

Несмотря на различия молекулярных структур газов и капельных жидкостей, с точки зрения законов их движения между ними во многих случаях нет различия. Исследования показывают, что формулы гидромеханики, выведенные для несжимаемых жидкостей, справедливы и для газов, если скорость их движения не превосходит некоторого предела. Этот предел зависит от отношения скорости движения газа и скорости распространения звука. При величине отношения меньше 0,2 возможная погрешность в определении давления газа по формулам для несжимаемой жидкости составляет не более 1 %.

Поскольку скорость распространения звука в воздухе ~ 350 м/сек, то при скоростях 70 – 75 м/сек законы движения капельных и газообразных жидкостей можно считать общими.