WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«  Дисциплина «Механика жидкости и газа» является дисциплиной базовой части учебного цикла Б1. Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Федерального ...»

Место дисциплины в структуре образовательной программы

 

 

Дисциплина «Механика жидкости и газа» является дисциплиной

базовой части учебного цикла Б1 .

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями

Федерального государственного образовательного стандарта высшего

образования по направлению (специальности) 24.05.02 Проектирование

авиационных и ракетных двигателей, утвержденного приказом Министерства

образования и науки Российской Федерации от «16» февраля 2017 г. № 141 .

Целью освоения дисциплины является:

- формирование у студентов знаний, умений и навыков, необходимых для решения задач, связанных с расчётами течений жидкостей и газов и их взаимодействием с твёрдыми телами в статических и динамических условиях и между собой с учётом процессов тепломассообмена в авиационных двигателях и энергетических установках, а также в различных технических устройствах;

- формирование способностей к организации работы коллектива исполнителей;

- формирование способностей к созданию физических и математических моделей, позволяющих анализировать совокупность процессов в двигателях и энергетических установках ЛА, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в процессе своей профессиональной деятельности .

Задачи:

- учебные;

- воспитательные;

- развивающие .

Учебными задачами дисциплины являются:

- формирование у студентов системы знаний по основным законам механики жидкости и газа;

- формирование у студентов знаний и умений по формулированию и постановке задач дисциплины, выбору и использованию соответствующих законов и формул, способностей принимать участие в инженерных разработках в составе коллектива, способности к организации работы коллектива исполнителей;

- формирование у студентов навыков проведения расчетов, анализа и интерпретации результатов расчета, навыков проведения экспериментов и 2    анализа их результатов с привлечением соответствующего математического аппарата .

Воспитательными задачами дисциплины являются:

- формирование у студентов убежденности в необходимости непрерывного обучения при работе по специальности, уверенности в своих силах и возможностях .

Развивающей задачей дисциплины является развитие у студента системного логического мышления .

Перечень результатов обучения Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций .

Планируемые результаты обучения по дисциплине № Формируемые компетенции Код Знать Уметь Владеть 1 творческое применение основ- ОК-10 -основные фи- -проводить ра- -методами тезические свой- счеты одно- оретического ных законов естественноства жидкос- мерных тече- исследования науч

–  –  –

Содержание разделов дисциплины № Наименование и содержание разделов 1 Жидкости и газы как сплошные деформируемые среды и объекты изучения в механике жидкости и газа Определение целей и задач дисциплины, объекта и базы для её изучения .

Общая постановка задач механики жидкости и газа (МЖГ), система уравнений МЖГ, выделение конкретной задачи (граничные и начальные условия). Методы упрощений. Внешняя и внутренняя, прямая и обратная задачи. Методы решения задач МЖГ. Отличительные свойства жидкостей и газов. Гипотеза сплошности жидкости (постулат Даламбера-Эйлера) .





Основные понятия жидкого континуума. Силы, действующие в жидкости .

Напряжения .

2 Основы кинематики жидкости Методы изучения движения жидкости. Трубка тока. Живое сечение. Расход жидкости. Расхождение вектора скорости и его гидродинамический смысл .

Векторная формула Остроградского-Гаусса. Закон сохранения массы и уравнение неразрывности. Скорость движения жидкой частицы и ее полная (индивидуальная или субстанциональная), конвективная и локальная (местная) производные. Первая теорема Гельмгольца (Коши-Гельмгольца) .

Физический смысл ротора (вихря) скорости, вихревое и безвихревое течения .

Дивергенция скорости как скорость относительной объемной деформации частицы. Краткие сведения о вихревых движениях. Вторая теорема Гельмгольца (без доказательства). Следствие из теоремы Гельмгольца (без доказательства) о невозможности окончания вихревой трубки внутри жидкости. Циркуляция скорости и теорема Стокса (без доказательства) .

Следствие из теоремы Стокса (без доказательства) о равенстве нулю циркуляции скорости по любому замкнутому контуру внутри области безвихревого течения жидкости. Теорема Томсона (Кельвина) или закон сохранения циркуляции. Следствие (теорема Лагранжа) о невозможности появления или исчезновения вихрей. Безвихревое течение жидкости .

Потенциал скорости. Безвихревое течение - потенциальное течение .

Уравнение Лапласа для потенциала скорости .

3 Основные уравнения гидрогазодинамики Свойства напряжений поверхностных сил. Давление и его свойства .

Уравнение движения (количества движения или импульса) жидкости в напряжениях. Обобщенная гипотеза Ньютона о связи между напряжениями и скоростями деформаций (закон Стокса). Уравнения движения Навье-Стокса для вязкой сжимаемой жидкости. Уравнения движения идеальной жидкости в форме Эйлера и Громеки-Лэмба. Интегралы уравнений движения идеальной жидкости. Интеграл Бернулли. Частые случаи интеграла Бернулли, уравнение Бернулли. Интегральная форма закона сохранения количества движения (импульса) для жидкого объёма в Эйлеровом представлении 5    (первое уравнение Эйлера). Определение сил, действующих на тело, по состоянию потока на границах. Вывод формулы тяги воздушно-реактивного двигателя. Интегральная форма закона сохранения момента количества движения (момента импульса). Второе уравнение Эйлера (для турбомашин) .

Закон сохранения энергии. Уравнение энергии для жидкой среды: анализ уравнения энергии; частные формы уравнения энергии. Система уравнений газовой динамики для идеального сжимаемого газа в дивергентной форме .

/У.Г.Пирумов, Г.С.Росляков. Численные методы газовой динамики. М.:

Высшая школа, 1987, с.39-41/ .

4 Теория подобия и анализ размерностей

Понятие о подобии физических явлений и моделировании. Метод подобия:

получение чисел подобия методом теории подобия на примере уравнения Навье-Стокса. Критерии (числа) гидрогазодинамического подобия Рейнольдса, Эйлера, Фруда, Струхаля и их физический смысл. Критерий Эйлера для газа. Определяющие и определяемые критерии подобия. Полное и частичное (приближенное) подобия. Неопределяющие критерии .

Автомодельность. Тепловое подобие. Критерии теплового подобия Прандтля и Нуссельта, критерий Пекле. Анализ размерностей. Получение чисел подобия методом анализа размерностей: - теорема (без доказательства) .

5 Режимы течения вязкой жидкости Ламинарное и турбулентное течения вязкой жидкости: опыт Рейнольдса;

критическое число Рейнольдса как граница перехода от ламинарного режима течения к турбулентному. Особенности турбулентного режима движения жидкости: хаотическое пульсационное движения жидких (вихревых) молей, пульсации скорости и других параметров потока. Пристенная турбулентность. Мгновенная (истинная) местная скорость, осредненная скорость, пульсационная составляющая (добавка) скорости .

Среднеквадратичные значения пульсаций скорости. Изотропная турбулентность. Степень или интенсивность турбулентности .

Дифференциальные уравнения Рейнольдса для турбулентных течений .

Уравнения осредненного турбулентного движения для несжимаемой жидкости: принцип вывода и отличие от уравнений движения в напряжениях .

Дополнительная (кажущаяся) вязкость, дополнительные (кажущиеся) турбулентные напряжения в системе уравнений Рейнольдса. Модели турбулентной вязкости или некоторые гипотезы о турбулентных напряжениях: гипотеза Буссинеска о связи турбулентного напряжения с осредненной скоростью; двухслойная модель турбулентного потока; схема Прандтля пульсационного движения в турбулентном потоке. Формула Прандтля для дополнительного касательного турбулентного напряжения;

длина пути смешения как характеристика внутреннего механизма турбулентного движения и ее физический смысл. Гипотезы Тейлора и Кармана о турбулентных напряжениях. Методы « k » и « uv k » расчета турбулентных течений. Метод прямого численного моделирования турбулентных течений. Сопоставление турбулентного и молекулярного 6    переносов, диссипация энергии в турбулентных течениях; значение турбулентных режимов течения для интенсификации процессов переноса .

6 Одномерные течения. Установившиеся течения несжимаемой жидкости в трубах Основные понятия. Уравнение неразрывности (расхода). Уравнение количества движения. Постоянство полного импульса для цилиндрической струйки идеальной жидкости. Уравнение Бернулли как механическая форма уравнения энергии. Геометрическое толкование уравнения Бернулли .

Гидростатический напор и гидростатический закон распределения давления в поперечном сечении одномерного потока. Связь между единицами напора и давления. Полное давление (полный напор). Обобщенное уравнение Бернулли и его частные случаи. Коэффициент Кориолиса для учёта неравномерности поля скоростей. Способ экспериментального определения гидравлических потерь. Рекомендации по применению уравнения Бернулли для решения задач. Гидравлические потери и принципы их расчета. Формула Вейсбаха для расчета гидравлических потерь. Формула Дарси-Вейсбаха для определения потерь на трение. Местные потери и коэффициенты местного сопротивления. Ламинарное течение вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе. Формулы для расчета коэффициента сопротивления трения для ламинарного режима течения. Турбулентное течение вязкой несжимаемой жидкости в трубе. Профили скоростей при турбулентном движении. Формулы для расчета коэффициента сопротивления трения для турбулентного режима течения. Понятие о гидравлически гладких и шероховатых трубах. Закон сопротивления гладких труб. Опытные данные Никурадзе о коэффициенте гидравлического сопротивления трения в трубах с равномернозернистой шероховатостью. Расчет сопротивления для труб с технической шероховатостью: эквивалентная шероховатость, принцип расчета эквивалентной шероховатости. Формула А.Д.Альтшуля для турбулентных режимов течения. Особенности расчета гидравлических потерь в трубах с некруглым поперечным сечением. Учет влияния сжимаемости на коэффициент трения при больших скоростях течения газа .

Местные гидравлические сопротивления: потери при внезапном расширении и при внезапном сужении трубы; потери в коленах и отводах; потери при слиянии и разделении потоков (потери в тройниках). Истечение жидкости через отверстия и насадки. Дроссельные расходомеры: трубка Вентури, мерные сопла и диафрагмы. Кавитация. Гидравлический расчет трубопроводов. Простой трубопровод постоянного сечения. Порядок расчета простого трубопровода постоянного сечения. Соединение простых трубопроводов: последовательное, параллельное; разветвленный трубопровод. Трубопровод с насосной подачей жидкости (насосная установка). Замкнутый (кольцевой) трубопровод с насосной подачей .

7 Одномерный поток газа Скорость звука. Уравнение энергии в форме энтальпии. Преобразование полной энтальпии в кинетическую энергию потока. Газодинамические 7    функции: газодинамические функции параметров торможения;

газодинамические функции, характеризующие поток массы;

газодинамическая форма уравнения расхода; газодинамические функции, характеризующие полный импульс потока; газодинамическая форма для полного импульса; формулы для определения сил, действующих на твердое тело; газодинамическая форма формул тяги; течение газа по каналу с внезапным расширением. Уравнение обращения воздействий .

Геометрическое воздействие на газовый поток (уравнение Гюгонио):

конфузорный и диффузорный каналы; сужающе-расширяющийся канал:

изменение знака геометрического воздействия при переходе течения через скорость звука (обращение геометрического воздействия); идеальное сопло Лаваля; критическое течение в горле идеального сопла Лаваля; максимальная скорость истечения из идеального сужающегося сопла (конфузора); понятие о сверхзвуковом диффузоре; истечение газа из сосуда неограниченной емкости через сужающееся сопло; критерии, определяющие режим истечения газа в среду с заданным противодавлением; особенности истечения при изменении располагаемого отношения давлений путем изменения давления в сосуде или противодавления окружающей среды. Методика расчёта идеального сужающегося сопла. Режимы течения газа в идеальном канале с горлом. Расчёт идеального сопла Лаваля на расчётном режиме работы .

Тепловое воздействие: движение подогреваемого газа по каналу постоянного сечения; тепловое сопло; тепловой кризис; тепловое сопротивление;

невозможность перевода потока из дозвуковой области течения в сверхзвуковую подводом теплоты; особенности расчета течения при дозвуковой скорости течения на входе в канал: при заданном располагаемом перепаде давлений по входу и изменении степени подогрева .

Комбинированные сопла. Полутепловое сопло. Воздействие трением:

адиабатическое течение газа с трением по каналу постоянного сечения;

кризис течения в выходном сечении канала. Особенности расчета течения при дозвуковой скорости течения на входе в канал: при заданном располагаемом перепаде давлений по входу и изменении длины канала, при заданной длине канала и изменении располагаемого перепада давлений. Об универсальности критериев, определяющих режим истечения газа из канала в среду с заданным противодавлением. Расходное и механическое воздействия .

Некоторые методы контактных измерений параметров потоков жидкостей и газов при дозвуковых скоростях течения .

8 Плоское сверхзвуковое течение газа при постоянной энтропии Распространение слабых возмущений в движущемся газе: линии слабых возмущений, характеристики; свойства характеристик. Плоское потенциальное установившееся течение идеального газа: основное дифференциальное уравнение газовой динамики для плоского потенциального установившегося течения идеального газа (дифференциальное уравнение потенциала скорости) и его частные случаи .

Понятие о методе характеристик для расчёта сверхзвуковых течений .

8    Обтекание сверхзвуковым потоком внешнего тупого угла (течение ПрандтляМайера или сверхзвуковое течение газа с непрерывным увеличением скорости). Физическая картина течения. Пересечение и отражение слабых волн: взаимодействие волн разрежения и искривление характеристик;

отражение слабых возмущений (линий разрежения и линий сжатия) от твёрдой стенки. Принцип профилирования сверхзвуковой части сопла Лаваля. Отражение слабых возмущений от границы свободной струи. Сопло с косым срезом. Сопло с центральным телом .

9 Скачки уплотнения Понятие о сильных разрывах: скачки уплотнения или ударные волны .

Основные соотношения для прямого скачка уплотнения: постоянство полной энергии при переходе газа через прямой скачок уплотнения, уменьшение скорости на прямом скачке до дозвуковой; увеличение плотности, температуры и давления, падение полного давления и возрастание энтропии .

Невозможность образования адиабатных скачков разрежения. Ударная адиабата Гюгонио, отличие ударного сжатия от изоэнтропного .

Динамическое соотношение на прямом скачке уплотнения. Скорость распространения ударной волны в неподвижном газе. Косые скачки уплотнения: образование плоского косого скачка уплотнения; треугольники скоростей на фронте скачка (неизменность тангенциальной составляющей и падение нормальной составляющей скорости потока за косым скачком уплотнения); неизменность температуры торможения на косом скачке уплотнения; температура частичного торможения и условная критическая скорость звука. Связь между уравнениями для расчёта параметров газового потока после прямых и косых скачков уплотнения. Некоторые формулы для расчёта косых скачков уплотнения. Отклонение потока в косом скачке: связь между углами, определяющими положение вектора скорости потока до и за скачком, диаграмма - и её анализ. Сильные и слабые косые скачки уплотнения, отсоединённые криволинейные скачки уплотнения. Применение пневмометрического насадка (трубки Пито-Прандтля) в сверхзвуковом потоке. Формула Релея. Система скачков уплотнения: ступенчатое торможение сверхзвукового потока. Понятие о сверхзвуковом диффузоревоздухозаборнике. Условие оптимальности системы из нескольких косых скачков уплотнения и замыкающего прямого скачка. Взаимодействие и отражение скачков уплотнения: пересечение скачков; взаимодействие скачка с волной разрежения; понятие о волновом сопротивлении; отражение скачка от твердой стенки (правильное и неправильное) и от оси сопла; отражение косого скачка от границы свободной струи. Работа идеального сопла Лаваля на: расчетном режиме, режимах с недорасширением и с перерасширением .

Связь режима истечения из идеального сопла Лаваля с тягой реактивного двигателя для геометрически неизменного сопла. Сравнение тяг реактивного двигателя с нерасчетным (с недорасширением или с перерасширением) и расчетным соплом .

10 Основы теории пограничного слоя. Реальные течения в соплах и 9    дозвуковых диффузорах Основные понятия пограничного слоя: толщина пограничного слоя, асимптотический характер толщины пограничного слоя, постоянство статического давления поперек пограничного слоя, динамический и тепловой (температурный) пограничные слои. Интегральные характеристики пограничного слоя. Принципы расчета пограничного слоя:

дифференциальные уравнения Прандтля для ламинарного пограничного слоя; интегральное соотношение для пограничного слоя (уравнение Кармана); расчёт толщины пограничного слоя и сопротивления трения при внешнем продольном безградиентном обтекании плоской стенки ламинарным потоком несжимаемой жидкости. Сравнение характеристик ламинарного и турбулентного пограничных слоев. Пограничный слой в сжимаемом газе на плоской стенке: определяющая температура; выражения для толщины пограничного слоя и интегральных коэффициентов сопротивления через определяющую температуру и число Маха потока около плоской адиабатной стенки. Отрыв пограничного слоя: необходимые условия отрыва; критерии отрыва ламинарного и турбулентного пограничных слоев .

Управление пограничным слоем. Взаимодействие пограничного слоя со скачками уплотнения: взаимодействие косого скачка уплотнения с ламинарным пограничным слоем, критическое отношение давлений и критерии отрыва ламинарного пограничного слоя. Особенности взаимодействия скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем .

Критическое отношение давлений и критерии отрыва турбулентного пограничного слоя. Работа реального сопла Лаваля на режимах с перерасширением: отрыв пограничного слоя и его влияние на тягу, образование псевдоскачка на режиме с отрывом потока от стенок сопла Лаваля. Реальные течения в соплах в одномерной постановке. Понятие об идеальном, теоретическом и реальном одномерных соплах. Внутренний скоростной коэффициент, коэффициент полного давления сопла .

Максимальная тяга для реального сопла. Особенности одномерного расчета потерь в дозвуковых диффузорах. Опытные данные по коэффициенту полного давления в диффузорах .

11 Общие сведения о свободных струях Примеры струйных течений: спутные и встречные струи, затопленные струи, течение в следе. Свободная (струйная) турбулентность. Наличие тангенциального разрыва параметров на поверхности раздела двух сред в струйных течениях. Свойства и структура турбулентных струй: свободная затопленная изобарная струя, потенциальное ядро, струйный пограничный слой (слой смешения), внешняя граница пограничного слоя, начальный и переходный участки струи, основной участок. Универсальность профиля скорости, энтальпии и концентрации примеси на основном участке свободных турбулентных струй: профиль Шлихтинга .

12 Взаимодействие профиля с плоским потенциальным потоком Плоское установившееся потенциальное течение несжимаемой жидкости .

10    Функция тока и уравнение линии тока. Уравнение Лапласа для функции тока .

Связь между потенциалом скорости и функцией тока. Метод наложения или суперпозиции полей течений.

Простейшие потенциальные потоки:

плоскопараллельный поток, плоский точечный источник и сток, потенциальный вихрь (безвихревое циркуляционное движение) .

Синтезирование сложных течений из простейших: синтезирование диполя, поперечного обтекания идеальной жидкостью бесконечно длинного кругового цилиндра с циркуляцией. Теорема Н.Е.Жуковского о подъемной силе (1906г.). Постулат Жуковского-Чаплыгина и его роль в определении циркуляции по профилю .

13 Заключение Место и значение механики жидкости и газа в современной науке и технике .

Роль российских учёных в развитии МЖГ /Лойцянский Л.Г., Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970, с.17-44/. Краткая характеристика гидрогазодинамических задач, возникающих при расчёте газовоздушного тракта ГТД с форсажной камерой, систем топливопитания, смазки и регулирования .

Подробное содержание дисциплины, структура учебных занятий, трудоемкость изучения дисциплины, входные и исходящие компетенции, уровень освоения, определяемый этапом формирования компетенций, учебно-методическое, информационное, материально-техническое обеспечение учебного процесса изложены в рабочей программе дисциплины .

11 



Похожие работы:

«Информация подготовлена по материалам, полученным из сети "Интернет" 22.12.2016 Агродайджест Минсельхоз внесет в правительство проект постановления о реализации научно-технической программы АПК. Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев поручил Минсельхозу до 19 января 201...»

«ОГЛАВЛЕНИЕ ДЕКЛАРАЦИЯ О СООТВЕТСТВИИ СТАНДАРТАМ ЕС МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ и ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ Общие требования к безопасности Транспортировка и перемещение Требования безопасности в...»

«Предстательная железа Предстательная железа (простата) — это один из органов половой системы мужчины. Простата имеет форму каштана, располагается в малом тазу мужчины книзу от мочевого пу...»

«У ИЗВЕСТИЯ ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА Гом 127, в. 2 О НОВОМ РОДЕ ВЕРХНЕПАЛЕОЗОЙСКИХ РАСТЕНИЙ BOROVUCHKiA PARFENOVA GEN NOV. ИЗ КЕМЕРОВСКОГО РАЙОНА КУЗБАССА М.Д. ПАРФЕНОВА (Представлено докт. проф. Л. Л. Халфи...»

«М. Н. Бурдунин, А. А. Варгин, Ю. Н. Осипов О методах оценки прочности защитных гильз для преобразователей температуры теплосчетчиков Выбор защитных гильз для преобразователей температуры, применяемых в составе теплосчетчиков для водяных систем теплоснабжения, является весьма ответственной процедурой, спо...»

«нииосп РУКОВОДСТВО ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ПРОЧНОСТИ ИЛОВ И ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ Москва контроль качества строительства ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕ...»

«Чугунная отопительная печь GUNTER РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ Компания "FIRE WAY" благодарит Вас за выбор и приобретение нашей продукции. Мы уверены в том, что Вы будете приятно удивлены качеством, удобством при эксплуатации...»

«Справочник новичка Икариама Содержание: Раздел первый: Что и где строить? Раздел второй: Искусство шпионажа. Раздел третий: Оборона. Раздел четвертый: Атака. Раздел пятый: Механика боя. Раздел шестой: Морс...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.