Учебно–методический комплекс и рабочая учебная программа для
студентов специальности 270201.65 "Мосты и транспортные тоннели".
Н.Новгород: МИИТ, 2011. – 127 с.
Комплекс позволит:
иметь представление: об основных принципах, используемых в гидравлике при изучении общих законов равновесия и движения жидкостей и газов, а также современных методик применения этих законов и точности гидравлических расчетов при решении инженерных задач, связанных с использованием жидкостей и газов;
знать и уметь использовать: законы движения жидкостей и газов, физическую сущность явлений, изучаемых гидравликой; формы движения жидкости и уравнения, которыми они описываются;
иметь опыт: проведения расчетов равномерного и неравномерного движения жидкости и газа; рассчитывать трубопроводы. Содержание разделов дисциплины:
Введение.
Определение гидравлики как науки и связь ее с другими дисциплинами.
Гидростатика.
Понятия о структуре жидкости.
Основные физические свойства жидкости.
Понятие о вязкой и идеальной (невязкой) жидкостях.
Силы, действующие в жидкостях.
Гидростатическое давление и его свойства.
Абсолютное и избыточное давление.
Вакуум.
Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера).
Основное уравнение гидростатики.
Закон Паскаля и его технические приложения.
Приборы для измерения давления.
Относительное равновесие жидкости.
Определение давления жидкости при относительном равновесии.
Уравнение свободной поверхности.
Сила давления жидкости на плоские поверхности.
Центр давления и определение его координат.
Эпюры гидростатического давления и их использование для определения силы и центра давления на плоскую прямоугольную поверхность.
Давление на горизонтальные поверхности.
Гидростатический парадокс.
Сила давления жидкости на криволинейные (цилиндрические) поверхности.
Тело давления.
Закон Архимеда.
Основы теории плавания тел.
Основные понятия гидродинамики: поток, живое сечение, расход, местная и средняя скорости, смоченный периметр, гидравлический радиус.
Виды движения жидкости: установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное, напорное и безнапорное, плавно изменяющееся и не плавно изменяющееся движение жидкости.
Условие неразрывности течения.
Уравнение неразрывности потока жидкости в гидравлической форме (уравнение постоянства расхода).
Уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости.
Полная удельная энергия частицы жидкости, энергетический и геометрический смысл всех ее составляющих.
Вязкая жидкость.
Обобщенная гипотеза Ньютона о связи между напряжениями и скоростями деформации.
Уравнения Навье–Стокса.
Уравнение Бернулли для струйки вязкой жидкости.
Учет неравномерности распределения осредненных скоростей по живому сечению при определении кинетической энергии потока реальной жидкости.
Коэффициент кинетической энергии.
Его физический смысл.
Уравнение Бернулли для потока жидкости, его геометрическая и энергетическая интерпретация.
Связь между скоростью и гидродинамическим давлением.
Полная удельная энергия потока в рассматриваемом сечении (полный гидродинамический напор).
Энергетический и геометрический смысл составляющих полного напора.
Графическое представление уравнения Бернулли.
Пьезометрическая и напорная линии.
Гидравлический и пьезометрический уклоны.
Практическое применение уравнения Бернулли (водомер Вентури, расходомерная шайба).
Режимы движения жидкостей: ламинарный и турбулентный.
Смена режимов движения жидкости.
Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса для труб и некруглых поперечных сечений.
Гидравлические сопротивления.
Физическая природа гидравлических сопротивлений и их виды.
Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости.
Зависимость потери напора от режима движения жидкости.
Коэффициенты гидравлического трения и местного сопротивления.
Формулы Дарси и Вейсбаха для вычисления гидравлических потерь.
Зоны сопротивления.
Турбулентное ядро потока и ламинарный пристенный слой в турбулентном потоке.
Понятие о "гладких" и "шероховатых" трубах.
Критерий зоны турбулентности.
Полуэмпирические и эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения в различных зонах сопротивления.
Графическое определение коэффициента Дарси.
Опытные данные о коэффициенте гидравлического трения.
Опыты Никурадзе.
Ламинарное течение в трубах.
Начальный участок ламинарного течения.
Формула Пуазейля.
Турбулентное течение в трубах.
Критическое число Рейнольдса.
Элементы полуэмпирической теории турбулентного сопротивления.
Гладкостенное течение: распределение скоростей и закон сопротивления.
Квадратичный закон сопротивления.
Графики Никурадзе и Мурина.
Формула Шези.
Формулы для определения коэффициента Шези.
Связь между коэффициентом Дарси и коэффициентом Шези.
Местные гидравлические сопротивления.
Основные виды местных сопротивлений.
Определение потерь напора в местных сопротивлениях.
Общее выражение для местных потерь напора.
Зависимость коэффициентов местных сопротивлений от числа Рейнольдса.
Потери напора при внезапном расширении.
Взаимное влияние местных сопротивлений, длина влияния.
Движение жидкости в напорных трубопроводах.
Понятие о коротких и длинных, простых и сложных трубопроводах.
Основные задачи по расчету простых и длинных трубопроводов.
Основная формула и таблицы для гидравлического расчета труб.
Определение расхода, потери напора, диаметра трубы.
Расчет трубопроводов при непрерывных и транзитных расходах жидкости.
Теория Н.Е. Жуковского о гидравлическом ударе в трубах и меры борьбы с ним.
Истечение жидкости из отверстий и насадок.
Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре.
Скорость и расход жидкости при истечении из отверстия.
Коэффициенты скорости, сжатия и расхода и их зависимость от числа Рейнольдса.
Траектория струи.
Истечение через затопленное отверстие (под уровень).
Истечение жидкости при постоянном напоре через насадки.
Внешний или цилиндрический насадок.
Вакуум в насадке.
Предельный напор.
Увеличение расхода при истечении через внешний цилиндрический насадок по сравнению с малым отверстием в тонкой стенке.
Оптимальная длина внешнего цилиндрического насадка.
Истечение через насадки других типов.
Истечение жидкости из большого отверстия в атмосферу и под уровень.
Истечение при переменном напоре через отверстия и насадки.
Время опорожнения резервуара.
Равномерное движение жидкости в открытых руслах.
Уравнение равномерного движения жидкости.
Основные формы поперечных сечений каналов.
Гидравлические элементы поперечных сечений каналов.
Основные расчетные формулы.
Основные типы задач по гидравлическому расчету каналов.
Показательный закон, гидравлический показатель русла.
Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала.
Особенности расчета водоотводных каналов.
Гидравлический расчет замкнутых безнапорных труб.
Установившееся неравномерное движение жидкости в открытых руслах.
Удельная энергия сечения.
График удельной энергии сечения, критическая глубина.
Спокойное, бурное и критическое состояние потока.
Определение критической глубины и критического уклона.
Число Фруда.
Дифференциальное уравнение установившегося, неравномерного, плавно изменяющегося движения жидкости в призматическом русле и его анализ.
Исследование форм свободной поверхности жидкости при неравномерном ее движении в открытом призматическом русле.
Построение кривых свободной поверхности в призматических руслах по способу Б.А. Бахметева.
Гидравлический прыжок.
Расчет сопряжения бьефов.
Основы гидравлического моделирования.
Подобие гидравлических явлений.
Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие.
Физические модели.
Математические модели и использование ЭВМ.
Критерии гидравлического подобия.
Основные правила гидравлического моделирования.
Метод анализа размерностей.
Принципы применения метода анализа размерностей к исследованию законов гидравлики.
Моделирование напорных трубопроводов, открытых русел и гидравлических сооружений. Информационно–методическое обеспечение дисциплины. Конспект лекций:
Физические свойства жидкостей.
Гидростатика.
Гидродинамика.
Гидравлические сопротивления.
Истечение жидкости через отверстия и насадки.
Равномерное движение жидкости в каналах и руслах.
Неравномерное движение жидкости в открытых руслах.
Гидравлический удар.
Движение сжимаемой жидкости (газа).
Водосливы.
Движение грунтовых вод.
Дорожные водопропускные сооружения. Задание на контрольную работу и общие указания к выполнению контрольной работы.
Методические указания студентам.
Методические указания преподавателям.
иметь представление: об основных принципах, используемых в гидравлике при изучении общих законов равновесия и движения жидкостей и газов, а также современных методик применения этих законов и точности гидравлических расчетов при решении инженерных задач, связанных с использованием жидкостей и газов;
знать и уметь использовать: законы движения жидкостей и газов, физическую сущность явлений, изучаемых гидравликой; формы движения жидкости и уравнения, которыми они описываются;
иметь опыт: проведения расчетов равномерного и неравномерного движения жидкости и газа; рассчитывать трубопроводы. Содержание разделов дисциплины:
Введение.
Определение гидравлики как науки и связь ее с другими дисциплинами.
Гидростатика.
Понятия о структуре жидкости.
Основные физические свойства жидкости.
Понятие о вязкой и идеальной (невязкой) жидкостях.
Силы, действующие в жидкостях.
Гидростатическое давление и его свойства.
Абсолютное и избыточное давление.
Вакуум.
Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнения Эйлера).
Основное уравнение гидростатики.
Закон Паскаля и его технические приложения.
Приборы для измерения давления.
Относительное равновесие жидкости.
Определение давления жидкости при относительном равновесии.
Уравнение свободной поверхности.
Сила давления жидкости на плоские поверхности.
Центр давления и определение его координат.
Эпюры гидростатического давления и их использование для определения силы и центра давления на плоскую прямоугольную поверхность.
Давление на горизонтальные поверхности.
Гидростатический парадокс.
Сила давления жидкости на криволинейные (цилиндрические) поверхности.
Тело давления.
Закон Архимеда.
Основы теории плавания тел.
Основные понятия гидродинамики: поток, живое сечение, расход, местная и средняя скорости, смоченный периметр, гидравлический радиус.
Виды движения жидкости: установившееся и неустановившееся, равномерное и неравномерное, напорное и безнапорное, плавно изменяющееся и не плавно изменяющееся движение жидкости.
Условие неразрывности течения.
Уравнение неразрывности потока жидкости в гидравлической форме (уравнение постоянства расхода).
Уравнение Бернулли для идеальной несжимаемой жидкости.
Полная удельная энергия частицы жидкости, энергетический и геометрический смысл всех ее составляющих.
Вязкая жидкость.
Обобщенная гипотеза Ньютона о связи между напряжениями и скоростями деформации.
Уравнения Навье–Стокса.
Уравнение Бернулли для струйки вязкой жидкости.
Учет неравномерности распределения осредненных скоростей по живому сечению при определении кинетической энергии потока реальной жидкости.
Коэффициент кинетической энергии.
Его физический смысл.
Уравнение Бернулли для потока жидкости, его геометрическая и энергетическая интерпретация.
Связь между скоростью и гидродинамическим давлением.
Полная удельная энергия потока в рассматриваемом сечении (полный гидродинамический напор).
Энергетический и геометрический смысл составляющих полного напора.
Графическое представление уравнения Бернулли.
Пьезометрическая и напорная линии.
Гидравлический и пьезометрический уклоны.
Практическое применение уравнения Бернулли (водомер Вентури, расходомерная шайба).
Режимы движения жидкостей: ламинарный и турбулентный.
Смена режимов движения жидкости.
Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса для труб и некруглых поперечных сечений.
Гидравлические сопротивления.
Физическая природа гидравлических сопротивлений и их виды.
Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости.
Зависимость потери напора от режима движения жидкости.
Коэффициенты гидравлического трения и местного сопротивления.
Формулы Дарси и Вейсбаха для вычисления гидравлических потерь.
Зоны сопротивления.
Турбулентное ядро потока и ламинарный пристенный слой в турбулентном потоке.
Понятие о "гладких" и "шероховатых" трубах.
Критерий зоны турбулентности.
Полуэмпирические и эмпирические формулы для определения коэффициента гидравлического трения в различных зонах сопротивления.
Графическое определение коэффициента Дарси.
Опытные данные о коэффициенте гидравлического трения.
Опыты Никурадзе.
Ламинарное течение в трубах.
Начальный участок ламинарного течения.
Формула Пуазейля.
Турбулентное течение в трубах.
Критическое число Рейнольдса.
Элементы полуэмпирической теории турбулентного сопротивления.
Гладкостенное течение: распределение скоростей и закон сопротивления.
Квадратичный закон сопротивления.
Графики Никурадзе и Мурина.
Формула Шези.
Формулы для определения коэффициента Шези.
Связь между коэффициентом Дарси и коэффициентом Шези.
Местные гидравлические сопротивления.
Основные виды местных сопротивлений.
Определение потерь напора в местных сопротивлениях.
Общее выражение для местных потерь напора.
Зависимость коэффициентов местных сопротивлений от числа Рейнольдса.
Потери напора при внезапном расширении.
Взаимное влияние местных сопротивлений, длина влияния.
Движение жидкости в напорных трубопроводах.
Понятие о коротких и длинных, простых и сложных трубопроводах.
Основные задачи по расчету простых и длинных трубопроводов.
Основная формула и таблицы для гидравлического расчета труб.
Определение расхода, потери напора, диаметра трубы.
Расчет трубопроводов при непрерывных и транзитных расходах жидкости.
Теория Н.Е. Жуковского о гидравлическом ударе в трубах и меры борьбы с ним.
Истечение жидкости из отверстий и насадок.
Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре.
Скорость и расход жидкости при истечении из отверстия.
Коэффициенты скорости, сжатия и расхода и их зависимость от числа Рейнольдса.
Траектория струи.
Истечение через затопленное отверстие (под уровень).
Истечение жидкости при постоянном напоре через насадки.
Внешний или цилиндрический насадок.
Вакуум в насадке.
Предельный напор.
Увеличение расхода при истечении через внешний цилиндрический насадок по сравнению с малым отверстием в тонкой стенке.
Оптимальная длина внешнего цилиндрического насадка.
Истечение через насадки других типов.
Истечение жидкости из большого отверстия в атмосферу и под уровень.
Истечение при переменном напоре через отверстия и насадки.
Время опорожнения резервуара.
Равномерное движение жидкости в открытых руслах.
Уравнение равномерного движения жидкости.
Основные формы поперечных сечений каналов.
Гидравлические элементы поперечных сечений каналов.
Основные расчетные формулы.
Основные типы задач по гидравлическому расчету каналов.
Показательный закон, гидравлический показатель русла.
Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала.
Особенности расчета водоотводных каналов.
Гидравлический расчет замкнутых безнапорных труб.
Установившееся неравномерное движение жидкости в открытых руслах.
Удельная энергия сечения.
График удельной энергии сечения, критическая глубина.
Спокойное, бурное и критическое состояние потока.
Определение критической глубины и критического уклона.
Число Фруда.
Дифференциальное уравнение установившегося, неравномерного, плавно изменяющегося движения жидкости в призматическом русле и его анализ.
Исследование форм свободной поверхности жидкости при неравномерном ее движении в открытом призматическом русле.
Построение кривых свободной поверхности в призматических руслах по способу Б.А. Бахметева.
Гидравлический прыжок.
Расчет сопряжения бьефов.
Основы гидравлического моделирования.
Подобие гидравлических явлений.
Геометрическое, кинематическое и динамическое подобие.
Физические модели.
Математические модели и использование ЭВМ.
Критерии гидравлического подобия.
Основные правила гидравлического моделирования.
Метод анализа размерностей.
Принципы применения метода анализа размерностей к исследованию законов гидравлики.
Моделирование напорных трубопроводов, открытых русел и гидравлических сооружений. Информационно–методическое обеспечение дисциплины. Конспект лекций:
Физические свойства жидкостей.
Гидростатика.
Гидродинамика.
Гидравлические сопротивления.
Истечение жидкости через отверстия и насадки.
Равномерное движение жидкости в каналах и руслах.
Неравномерное движение жидкости в открытых руслах.
Гидравлический удар.
Движение сжимаемой жидкости (газа).
Водосливы.
Движение грунтовых вод.
Дорожные водопропускные сооружения. Задание на контрольную работу и общие указания к выполнению контрольной работы.
Методические указания студентам.
Методические указания преподавателям.