1795

Рецензенты:

д-р геогр. наук, проф. И.В. Карнацевич (Омский государственный педагогический университет);

канд. техн. наук, заслуженный строитель России Р.Ш. Абжалимов (Территориальный проектный институт ОАО «Омскгражданпроект»)

Работа одобрена редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний для обучающихся всех форм обучения направления «Строительство» (бакалавриат, специалитет, магистратура и т.д.). Все авторские права защищены.

УДК 532+533

С60 Сологаев Валерий Иванович.

Методические указания к выполнению лабораторных работ по механике жидкости и газа [Электронный ресурс]. – Омск: Авторская редакция, 2018. – 18 с.

–Режим доступа: http://bek.sibadi.org/fulltext/bn1112.pdf, свободный после авторизации.

– Загл. с экрана.

Даны методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по механике жидкости и газа (МЖГ).

Издание использует виртуальные аналогаги оборудования с помощью компьютерных технологий локально на персональном компьютере и дистанционно через сеть Internet в компьютерных классах СибАДИ.

Предназначено для обучающихся всех форм обучения направления «Строительство» (бакалавриат, специалитет, магистратура и т.д.).

Подготовлено на кафедре «Городское строительство, хозяйство и экспертиза объектов недвижимости».

© Сологаев Валерий Иванович, 2018

2

Оглавление

1. ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………… 3 1.1. Исходные данные для лабораторных работ ……………………………… 4

1.2.Состав лабораторных работ ………………………………………………… 4

1.3.Оформление и защита лабораторных работ …………………………….... 4 2. ГИДРАВЛИКА ……………………………………………………………….. 5

2.1.Введение ………………………………………………………………….…. 5

2.2.Физические свойства жидкости ……………………………..……………. 6

2.3.Гидростатика ……………………………………………………………….. 8

3.АЭРОДИНАМИКА ………………………………………………………….. 17

3.1.Физические свойства газа …………………………………….……………. 17

3.2.Статика газа …………………………………………………………………. 17

3.3.Динамика газа ………………………………………………………………. 17

4.ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЖГ ………………………………………….. 18

Библиографический список …………………………………………………… 18

1. ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по механике жидкости и газа составлены для обучающихся по всем формам обучения (бакалавриат, специалитет, магистратура) по направлению «Строительство».

Кроме указаний по методике моделирования виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости и газа с помощью электронных таблиц MS Excel, в них содержатся необходимые ссылки на учебную и научную литературу [1-15], использованию которой студенты должны уделять внимание в первую очередь. Выполнение лабораторных работ производится в соответствии с конкретным вариантом задания на моделирование процессов и явлений механики жидкости и газа.

Цель методических указаний состоит не в дублировании учебной и научной литературы, а в облегчении использования последней студентами, в стремлении научить их работать с ней.

Следует иметь в виду, что указанные в списке литературы документы могут со временем обновляться. Поэтому студенты должны самостоятельно учитывать такие изменения и вносить соответствующие коррективы в ходе моделирования по своему варианту задания.

3

1.1. Исходные данные для лабораторных работ

Каждому студенту выдаётся индивидуальное задание на выполнение лабораторных работ [2]. Оно содержит исходные данные для моделирования виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости и газа с помощью электронных таблиц MS Excel.

Приступая к моделированию, студент, прежде всего, должен внимательно ознакомиться с заданием и прочитать данные методические указания.

1.2. Состав лабораторных работ

Лабораторные работы состоят из моделирования виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости и газа с помощью электронных таблиц MS Excel. При этом выполняют по заданиям [2] следующее:

Физические свойства жидкости.

Гидростатика.

Гидродинамика.

Теория фильтрации жидкости.

Физические свойства газа.

Статика газа.

Динамика газа.

Кроме того, первым занятием может быть ознакомительное введение в

предмет механики жидкости и газа (МЖГ). А последним, заключительным занятием может быть рассмотрение тенденций развития МЖГ.

1.3. Оформление и защита лабораторных работ

Лабораторные работы оформляют с помощью электронных таблиц MS Excel с приведением:

темы лабораторной работы;

таблицы исходных данных;

рисунков, выполненных средствами рисования MS Excel;

расчётов с набором формул в редакторе Equation;

виртуальной модели процессов и явлений МЖГ по данной теме;

заключительных выводов.

Вначале рекомендуется все этапы моделирования прорабатывать в черновике в виде эскизов на бумаге или на компьютере и параллельно проводить расчёты. После накопления черновиков всех расчётных и графических материалов можно приступить к оформлению лабораторных работ начисто с помощью электронных таблиц MS Excel. Окончательно лабораторная работа оформляется письменно (рукописно) в рабочей тетради обучающегося и защищается обучающимся перед преподавателем.

4

2. ГИДРАВЛИКА

Данный раздел содержит методические указания по моделированию виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости (гидравлики) с помощью электронных таблиц MS Excel:

Физические свойства жидкости.

Гидростатика.

Гидродинамика.

Теория фильтрации жидкости.

2.1. Введение

Первым занятием может быть введение в предмет механики жидкости и газа (МЖГ), на котором обучающийся знакомится со следующими пунктами предстоящих лабораторных работ:

теория [1]; варианты заданий [2];

возможные практические приложения темы, например [3, 4].

Прежде всего, надо хорошо понять предложенную тему лабораторного исследования. Учебное пособие [1] поможет в этом.

Затем, пользуясь доступным в учебной аудитории Интернетом, постараться расширить свои представления по теме работы, рассматривая разные точки зрения. Начинать лучше всего с истории вопроса, кто первый из учёных мира исследовал эту тему. Далее обучающийся знакомится с современным состоянием вопроса, примечая, нет ли сейчас не решённых проблем по данной теме. Наконец, в заключение теоретического экскурса, надо попытаться определить или узнать современные тенденции развития по данной теме.

Разработка модели виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости (гидравлики) с помощью электронных таблиц MS Excel осуществляется поэтапно.

Вначале надо познакомиться с возможностями электронных таблиц MS Excel, поработать с командами данного программного средства, диапазонами применимости таблиц в исследовательских целях в рамках рассматриваемых лабораторных работ. Начинать надо всегда с простого и двигаться в направлении сложного. Никогда нельзя перескакивать сразу на сложные информационные технологии, иначе можно потерять логику построения модели виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости и газа (гидравлики).

В результате вводного занятия у обучающегося подготавливаются необходимые навыки проведения научно-исследовательской работы в виртуальной лаборатории по механике жидкости и газа (гидравлике).

5

2.2. Физические свойства жидкости

Лабораторная работа по физическим свойствам жидкости [1] подразделяется на три взаимосвязанные части:

плотность;

удельный вес;

вязкость.

Вкачестве примера приводим модель по заданию из учебного пособия [2] по исследованию плотности жидкости, построенную в электронной таблице MS Excel 2003, что показано на рис. 1.

Рис. 1. Виртуальная модель плотности жидкости

Данная модель получена одним из студентов группы СУЗ-14п1. Подобные модели по физическим свойствам жидкости предлагается получить в ходе данной лабораторной работы. При этом обучающимся следует обратить внимание на то, что в показанном примере получена виртуальная модель плотности жидкости, работающая интерактивно. Синие стрелки на поле таблицы показывают математические связи между ячейками таблицы, что делает её понятной и наглядной. Также можно заметить в строке формул таблицы использовано имя G для обозначения веса нефти. В конце лабораторной работы надо записать заключительные выводы и оформить работу письменно в тетради.

6

Другой пример виртуальной модели приведен на рис. 2.

Рис. 2. Виртуальная модель вязкости жидкости

В данном случае с помощью виртуальной лабораторной модели (см. рис. 2) получено значение динамической вязкости жидкости. Иллюстрация справа от таблицы исходных данных делает более наглядным процесс лабораторного моделирования. Кнопка с всплывающей подсказкой «Влияющие ячейки» в зоне меню MS Excel 2003 добавлена пользователем. Как это сделать – поэспериментируйте и найдите сами. В случае версии электронных таблиц Excel 2007 или более поздней версии такую кнопку организовать сложнее. Однако обучающемуся не следует бояться трудностей. В таких, более сложных случаях – обращайтесь за подсказками в Интернет.

Ещё пример виртуальной модели показан на рис. 3.

Рис. 3. Виртуальная модель удельного веса жидкости

7

2.3.Гидростатика

Вкачестве примера приводим модель по заданию из учебного пособия [2] по исследованию основного уравнения гидростатики, построенную в электронной таблице MS Excel 2003, что показано на рис. 4.

Рис. 4. Виртуальная модель основного уравнения гидростатики

На рис. 5 показан случай объединения двух виртуальных моделей по изучению применения на практике основного уравнения гидростатики.

Рис. Объединения двух виртуальных гидростатических моделей

8

На рис. 6 показана виртуальная модель, демонстрирующая применение закона Архимеда в строительной практике, связанной с подземными резервуарами, подверженными воздействию грунтовых вод. УГВ – уровень грунтовых вод.

Рис. 6. Виртуальная модель к закону Архимеда

Виртуальная модель гидростатического напора (рис. 7) связана, например, со строительством водонапорных башен, неоходимых для систем наружного водоснабжения небольших городов и посёлков. Следует обратить внимание на курсор в ячейке А5 таблицы Excel, так как этой ячейке исследователь присвоил имя переменной h_1. Это имя можно прочитать в поле таблицы над заголовком столбца А и под наименованием шрифта Arial Cyr, где видно: h_1. Использование имён переменных в электронной таблице весьма напоминает программирование с помощью кода, что делает технологию моделирования виртуальных аналогов процессов и явлений механики жидкости и газа более удобной для исследователя. Синие стрелки на поле таблицы показывают математические связи между ячейками таблицы, что делает её понятной и наглядной. В результате данной виртуальной модели можно убедиться, что напор во всех точках покоящейся жидкости всюду одинаков.

9