Кафедра "Автоматизированные станочные системы"

2

Рабочая программа и методические указания составлены на основании Государственного образовательного стандарта и рабочего учебного плана Тульского государственного университета.

Программу составил профессор Трушин Н.Н.

Рабочая программа и методические указания утверждены на заседании кафедры 17 декабря 2007 г.

Заведующий кафедрой ________________ Иноземцев А.Н.

Рабочая программа и методические указания пересмотрены и утверждены на заседании кафедры "_____"_____________ 20__ г.

Заведующий кафедрой _________________________

3

I.Рабочая программа.

1.Цели и задачи изучения дисциплины

Цель данной дисциплины заключается в изучении устройства и работы элементов гидравлических и пневматических приводов, структуры, работы, проектирования и расчёта гидро- и пневмоприводов технологического оборудования.

Врезультате освоения дисциплины студенты должны:

1)ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ об основных свойствах жидкостей и газов в условиях равновесия и движения, типовых элементов гидравлического и пневматического оборудования технологических машин;

2)ЗНАТЬ И УМЕТЬ использовать основные законы механики жидких

игазообразных сред, модели течения жидкости и газа, стандарты, справочные материалы, правила построения и чтения принципиальных гидравлических и пневматических схем;

3)ИМЕТЬ НАВЫКИ практического использования методов расчета жидких и газовых потоков при проектировании и эксплуатации гидравлических и пневматических приводов технологических машин.

2. Содержание дисциплины.

2.1. Вводные сведения.

Предмет механики жидкости и газа. Примеры гидромеханических задач из различных отраслей техники. Краткие исторические сведения о развитии науки.

2.2. 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.

2.3. 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.

2.4. Силы, действующие в жидкостях.

Массовые и поверхностные силы. Напряжения поверхностных сил. Напряженное состояние.

4

2.5. Общие законы и уравнения 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.

2.6. 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.

2.7. Модель идеальной (невязкой) жидкости.

Модель идеальной (невязкой) жидкости. Уравнения Эйлера. Баротропные и бароклинные течения. Интегралы уравнения движения жидкости для разных случаев движения.

2.8. Общая интегральная форма уравнений количества движения и момента количества движения.

Закон изменения количества движения. Закон изменения момента количества движения. Силовое воздействие потока на ограничивающие его стенки.

2.9. Подобие гидромеханических процессов.

Понятие о методе размерностей. Пи-теорема. Числа и критерии подобия. Методы моделирования. Методы аналогий.

2.10. Общее уравнение энергии в интегральной и дифференциальной формах.

Понятие энергии потока жидкости и газа. Общее уравнение энергии потока в интегральной форме. Общее уравнение энергии потока в дифференциальной форме. Анализ уравнений.

2.11. Турбулентность и ее основные статистические характеристики.

Осредненные параметры и пульсации. Стандарт пульсационной скорости и степень турбулентности. Двухслойная модель турбулентности.

2.12. Конечно-разностные формы уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса.

5

Физическая сущность уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса. Анализ уравнений.

2.13. Общая схема применения численных методов и их реализация на ЭВМ.

Одномерные стационарные задачи. Одномерные нестационарные задачи. Плоские и пространственные потоки.

2.14. 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. Особенности истечения через насадки.

Одномерное неустановившееся движение, основное уравнение, инерционный напор. Случаи малых ускорений – истечение из резервуаров при переменном напоре. Гидравлический удар в трубах, формула Жуковского.

Принципы расчета простых трубопроводов.

2.15. Гидравлические машины и гидравлические приводы.

Общие сведения о гидромашинах. Классификация насосов и гидродвигателей. Принцип действия динамических и объемных машин. Основные параметры: подача (расход), напор, мощность, КПД. Баланс мощности в гидромашинах.

Структура и принцип действия объемных гидроприводов и гидропередач. Назначение и области применения гидродинамических передач. Классификация объемных гидроприводов по характеру движения выходного звена и другим признакам.

2.16. Основные элементы гидроприводов.

Гидродвигатели, гидроаппаратура, фильтры, гидроаккумуляторы, гидролинии. Силовые гидроцилиндры, их назначение и устройство. Расчет