4653

3

УДК 532

Ф50

Евсикова Н. Ю. Механика жидкости и газа [Электронный ресурс] : Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.03.02 – Технологические машины и оборудование / Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 39 с. – ЭБС ВГЛТУ.

В методических указаниях приводятся содержание разделов изучаемой дисциплины, учебно-методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов по всем видам работ, предусмотренных учебными планами направлений, образцы оформления решения задач и отчета по лабораторной работе, вопросы и варианты индивидуальных заданий.

Методические указания предназначены для студентов по направлению подготовки 15.03.02 – Технологические машины и оборудование. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

Табл. 10. Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: доцент кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела ФГБОУ ВО «ВГАСУ», кандидат физ.-мат. наук Кумицкий Б.М.

Ответственный редактор Евсикова Н.Ю.

Коллектив авторов, 2016

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2016

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

5

ВВЕДЕНИЕ

«Механика жидкости и газа» изучает законы равновесия и движения сплошных сред, которые широко используются в технологическом оборудовании, строительно-дорожной технике, летательных аппаратах, в горнодобывающей промышленности и во многих отраслях экономики. Поэтому освоение этой дисциплины необходимо широкому кругу профессионалов технического и технологического профиля.

Теоретические законы «Механики жидкости и газа» устанавливают связь между действующими силами и скоростью движения среды и являются базой для принципов работы современных гидравлических устройств.

Основная цель данных методических указаний – помочь студентам организовать и проконтролировать самостоятельное, углубленное изучение этой дисциплины для формирования в будущем профессионале навыков самостоятельной деятельности по разработке, внедрению, контролю, оценке и корректировке применения новейших современных, в том числе и инновационных, технологий.

Методические указания предназначены для студентов по направлению подготовки 15.03.02 – Технологические машины и оборудование. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Механика жидкости и газа» является формирование у студентов знаний о важнейших физических законах движения жидкостей и газов.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

–изучение основных закономерностей гидростатики, гидравлики, аэростатики и аэродинамики в отдельности и во взаимодействии;

–изучение современных инженерных методов гидромеханических расчетов;

–формирование у бакалавров навыков проведения инженерного эксперимента;

–овладение навыками решения прикладных гидравлических задач;

–формирование представлений об истинном, наблюдаемом в опытах, характере реальных гидромеханических и аэромеханических явлений;

–освоение принципов, лежащих в основе экспериментальных способов измерения параметров состояния жидкости и газа, а так же характеристик их потоков;

6

–формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира. В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

–фундаментальные физические законы движения жидкостей и газов;

–различные модели реальных потоков жидкостей и газов;

–уравнения движения для этих моделей и методы их решений;

уметь:

–выбирать модель реального потока жидкости и газа;

–составлять и решать соответствующие выбранной модели уравнения движения;

владеть следующими навыками:

–применения полученных теоретических и практических знаний для решения прикладных задач механики жидкости и газа;

–расчетов течений жидкостей и газов в элементах проточных частей энергетических систем и агрегатов;

–использования методов моделирования реальных процессов в натурных объектах машиностроения;

–экспериментальных исследований характеристик течений;

–обработки и анализа экспериментальных данных.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Предмет «Механика жидкости и газа» и его значение для специальности. Модель сплошной среды. Сплошность и текучесть. Плотность и поле скоростей сплошной среды.

Раздел 1. Статика несжимаемой среды. Основы теории и прикладные задачи.

1.1.Уравнение сплошности. Изостеры. Тепловое расширение. Закон сохранения массы в смесях, полученных путем барботажа.

1.2.Импульс сплошной среды. Уравнение динамики сплошной среды при действии объемных сил. Понятие поля сил.

1.3.Понятие давления. Закон сохранения импульса в сплошной среде.

1.4.Дифференциальное уравнение равновесия Эйлера.

1.5.Основной закон гидростатики. Уравнение поверхности уровня. Гидростатическое давление в точке.

1.6.Понятие о пьезометрическом и гидрометрическом напоре. Закон Паскаля и геометрическая форма поверхности уровня.

1.7.Сила давления на дно и стенки сосуда. Закон Архимеда.

7

1.8.Понятие о центре давления. Эпюры и расчет силы давления на наклонные плоскости. Метод эпюр для расчета силы давления среды на криволинейные поверхности.

1.9.Прикладные задачи гидростатики. Гидростатические машины. Устройства и приборы для измерения давления и уровней жидкостей в резервуарах.

Раздел 2. Статика сплошной сжимаемой среды. Основы теории и прикладные задачи.

2.1.Плотность сжимаемых сред. Связь давления и плотности в сжимаемых средах.

2.2.Баротропные процессы. Функция потенциала действия сил давления для баротропных процессов.

2.3.Атмосферное давление в сжимаемых средах. Давление в потенциальном поле. Баротропная формула.

2.4.Статическое давление. Приведѐнное статическое давление. Эпюры давления в сжимаемых средах.

2.5.Приборы для измерения аэростатического давления. Типы аэростатов. Практическое применение аэростатики.

Раздел 3. Элементы динамики идеальной сплошной несжимаемой среды. Основы теории и прикладные задачи.

3.1.Понятие трубки тока, гидравлического радиуса, напора, скорости

потока.

3.2.Дифференциальное уравнение неразрывности потока. Дифференциальные уравнения движения жидкости Эйлера.

3.3.Уравнение Бернулли. Понятие скоростного давления. Принцип работы водомера Вентури. Принцип работы насосов.

3.4.Закон сохранения энергии в сплошных средах.

3.5.Принцип работы карбюратора поршневых двигателей внутреннего

сгорания.

Раздел 4. Элементы динамики идеальной сплошной сжимаемой среды.

4.1.Уравнение малых возмущений в среде. Скорость звука или скорость распространения малых возмущений.

4.2.Волновое уравнение. Волновой пакет. Уравнение гармонической волны. Длина волны. Волновой вектор.

4.3.Скорость звука и характеристики сжимаемой среды. Скорость звука в смесях, полученных путем барботажа.

4.4.Число Маха и скоростной коэффициент. Режимы движения газа.

4.5.Понятие энтальпии и энтропиии. Изэнтропические соотношения.

8

4.6.Одномерное стационарное движение сжимаемой среды по трубе переменного сечения. Критическое сечение трубы.

4.7.Конфузор-дефузор. Истечение сжимаемой среды из сопла. Связь между давлением и напором сжимаемой среды. Измерение скорости движения сжимаемой среды. Приборы для измерения сверхзвуковых скоростей.

4.8.Понятие циркуляции. Обтекание. Потенциальное и вихревое обтекание. Формула Жуковского для подъемной силы крыла.

4.9.Аэродинамика инженерных сетей. Расчѐт систем с естественной тягой. Расчѐт систем с естественной циркуляцией.

Раздел 5. Элементы динамики идеальной вязкой среды.

5.1.Понятие вязкости. Динамическая и кинетическая вязкость.

5.2.Реологический закон Ньютона. Идеально вязкие среды. Ньютоновские и неньютоновские среды.

5.3.Уравнение Навье-Стокса для ньютоновских сред.

5.4.Метод подобия. Числа подобия. Критерии подобия. Число Рейнольдса. Число Эйлера. Основы метода обобщенных переменных.

5.5.Линеаризация уравнений Навье-Стокса на примере стационарного обтекания шара. Сила Стокса.

5.6.Решение уравнений Навье-Стокса для линейных задач. Принципы моделирования гидродинамических процессов. Течение ньютоновских жидкостей в трубах. Гидравлическое сопротивление трубопровода.

5.7.Расчет безнапорных и напорных потоков несжимаемых и сжимае-

мых сред.

Раздел 6. Практическое применение «Механики жидкости и газа».

6.1.Основы теории фильтрации. Закон Дарси.

6.2.Фильтрационные расчеты для жидкостей. Фильтрация газа. Архи- тектурно-строительная аэродинамика.

6.3.Приближенные методы решения уравнений гидродинамической теории смазки.

6.4.Гидравлический удар. Гидравлика отверстий и насадков.

6.5.Расчет гидроприводов. Гидро- и пневмопривод. Гидроцилиндр.

6.6.Расчет трубопроводов.

6.7.Принцип работы подъемных и транспортных технологических машин и установок.

9

Раздел 7. Оборудование для транспорта жидкостей и газов.

7.1.Классификация и основные параметры насосов. Объемные насосы.

7.2.Динамические насосы. Вакуум-насосы. Насосы для магистрального транспорта нефти и нефтепродуктов.

7.3.Сжатие и перемещение газов. Классификация компрессоров.

7.4.Термодинамика процесса компримирования (сжатия). Мощность компрессоров.

7.5.Основные типы компрессоров: поршневые, центробежные. Сравнительная характеристика компрессоров.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания студентам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям;

методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к зачету.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться