ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИКА»

1.1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Частная методика преподавания учебной дисциплины решает следующие основные задачи:

- определяет задачи обучения по дисциплине;

- научно обосновывает содержание учебной программы, намечает последовательность ее изучения в комплексе с другими дисциплинами;

- определяет пути реализации принципов обучения при изучении дисциплины, формы и методы обучения;

- вырабатывает требования к методической подготовке преподавателей;

- изучает историю методики преподавания дисциплины;

- внедряет передовой опыт обучения;

- вырабатывает рекомендации по воспитанию обучаемых в процессе изучения дисциплины.

В соответствии с этими задачами частная методика осуществляет отбор научного материала, его систематизацию и переработку в интересах развития и совершенствования содержания учебной дисциплины.

Частная методика разработана применительно к утвержденной рабочей программе для студентов-заочников со сроком обучения 6 лет с учетом требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение» (ВК), и вооружает преподавателей необходимыми знаниями, способствует их внедрению в практику обучения и воспитания студентов.

Изучение и овладение частной методикой позволит преподавателю успешнее решать учебно-воспитательные задачи в разрезе требований, стоящих перед кафедрой.

1.2. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

«Гидравлика» – дисциплина, относящаяся к циклу общепрофессиональных дисциплин федерального компонента.

Предметом изучения этого курса служат законы равно­весия и движения жидкости, а также их воздействие на твер­дые поверхности и тела.

Практическое значение данной дисциплины заключается в том, что гидравлика представляет собой основу для инженерных расчетов во многих областях техники. В частности, значе­ние законов гидравлики необходимо для решения многих технических вопросов в области стро­ительного дела: расчета трубопроводов различного назначе­ния, расчета водопровод­ных и канализационных сооружений, расчета мостов и водопропускных труб, расчета понижения уровня грунто­вых вод, определения ветровой на­грузки на здания.

Гидравлика является базой для изучения ряда обще­образовательных и специаль­ных дисциплин, таких, как гидрология и гидротехнические сооружения, водоснабжение, водоотведение, насосы и на­сосные станции, санитарно-техническое оборудование зда­ний, отопление, вентиляция, газоснабжение, теплоснабже­ние.

Достаточные знания в области гидравлики позволят сту­дентам сознательно подойти к изучению указанных вы­ше дисциплин и в значительной степени облегчат их усвое­ние.

Цель изучения дисциплины - развитие способности у сту­дентов самостоятельно решать в будущей инженерной дея­тельности многочисленные вопросы, непосредственно свя­занные с движением и равновесием жидкости.

Теоретическую базу гидравлики составляют физика, высшая математика и теоретическая механика.

1.3. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучив дисциплину, студент должен:

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.

1.4. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

1.5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Разделы дисциплины и виды занятий

Содержание разделов дисциплины

Введение.

Определение гидравлики как науки и связь ее с другими дисциплинами.

Раздел 1. ГИДРОСТАТИКА.

1.1. Понятия о структуре жидкости. Основные физические свойства жидкости. Поня­тие о вязкой и идеальной (невязкой) жидкостях. Силы, действующие в жидкостях.

1.2. 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.

1.3. 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.

1.4. Сила давления жидкости на криволинейные (цилиндрические) поверхности. Тело давления.

1.5. Закон Архимеда. Основы теории плавания тел.

Раздел 2. ГИДРОДИНАМИКА.

2.1. 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.

2.2. Условие неразрывности течения. Уравнение нераз­рывности потока жидкости в гидравлической форме (уравнение постоянства расхода).

2.3. 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).

2.4. Режимы движения жидкостей: ламинарный и турбулент­ный. Смена режимов движения жидкости. Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса для труб и некруглых поперечных сечений.

2.5. 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 тренияв 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 Дарсии 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.

2.6. 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.

2.7. 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 рас­
хода и их зависимость от числа Рейнольдса. Траектория
струи. Истечение через затопленное отверстие (под уровень). Истечение жидкости при постоянном напоре через насадки. Внешний илиндрический 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.

2.8. 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.

2.9. 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.

2.10. 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.