Программа дисциплины в механика жидкости и газa направление 140400 «Техническая физика» для студентов специальности 140400 Техническая физика
| Вид материала | Программа дисциплины |
- Программа дисциплины опд. Ф метрология, стандартизация и сертификация направление 140400, 1036.02kb.
- Программа дисциплины сд. Ф тепломассообмен в энергетическом оборудовании для студентов, 339.47kb.
- Программа дисциплины сд. Ф тепломассообмен в энергетическом оборудовании для студентов, 326.63kb.
- Программа дисциплины по курсу «Отечественная история» для студентов специальностей:, 399.47kb.
- Программа дисциплины опд. Ф. 07 Математические методы моделирования физических процессов, 147.72kb.
- Программа дисциплины сд. 04 Физико-химические основы обезвреживания радиоактивных отходов, 101.62kb.
- Программа дисциплины дс. «Подъемно-транспортные механизмы» Направление подготовки 140400, 88.25kb.
- Программа дисциплины дс «Основы строительства аэс» Направление подготовки 140400 «Техническая, 100.06kb.
- Программа дисциплины фтд. 2 Химводоподготовка, спецводоочистка на аэс для студентов, 134.15kb.
- Программа дисциплины дс «Сварка и сварные конструкции аэс» Направление подготовки 140400, 92.27kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)
| | УТВЕРЖДАЮ |
| | Проректор по учебной работе С.Б. Бурухин |
| | “______”____________ 2008 г. |
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
В.1. МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗA
направление 140400 «Техническая физика»
для студентов специальности 140400
Техническая физика
Форма обучения: очная
Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме в соответствии с учебным планом
| Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |||
| | | 6 | | | |
| Общая трудоемкость дисциплины | 104 | 104 | | | |
| Аудиторные занятия | 68 | 68 | | | |
| Лекции | 34 | 34 | | | |
| Практические занятия и семинары | 17 | 17 | | | |
| Лабораторные работы | 17 | 17 | | | |
| Курсовая работа | 6 | 6 | | | |
| Самостоятельная работа | 36 | 36 | | | |
| Расчетно-графические работы | | | | | |
| Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экзамен | Экзамен | | | |
Обнинск 2008
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 140305 Ядерные реакторы и энергетические установки (группа ТФ).
Программу составил:
___________________ Чусов Игорь Александрович, доцент, к.т.н.
Программа рассмотрена на заседании кафедры «Теплофизика» (протокол № 34 от 28 июня 2008 г.)
Заведующий кафедрой
«Теплофизика»
___________________ Е.Ф. Авдеев
“____”_____________ 2008 г.
СОГЛАСОВАНО
| Начальник Учебно – методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова | Декан факультета ФЭФ ___________________ В.И. Белозеров “____”_____________ 2008 г. |
1. Цели и задачи дисциплины
Курс «Механика жидкости и газа» с одной стороны является специальным курсом, в котором дается систематическое изложение основ механики жидкости и газа в установленном объеме, с другой - по сложившейся традиции его чтения в ИАТЭ, в нем реализуется практическая направленность, учитывающая профиль подготовки по специальности «Ядерные реакторы и энергетические установки».
Ввиду взаимозависимости процессов теплообмена и гидродинамики в теплоносителях, курс предшествует и является необходимой основой для изучения курсов «Энергооборудование ЯЭУ» и «Теплогидравлический расчет активных зон ядерных реакторов».
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
знать: термины и определения в области динамики жидкости и газа; дифференциальные уравнения гидрогазостатики, их общее решение и частные случаи; знать методику определения сил действующую на плоские и криволинейные поверхности; классификацию сил, действующих в жидкости; физический смысл компонент тензора напряжений, общность свойств давления в покоящейся и идеальной жидкости; уравнение динамики в напряжениях; уравнение неразрывности движения; уравнение баланса энергии; объемный и массовый расходы, живое сечение и гидравлический радиус; понятие средней скорости; интенсивность вихревой трубки и ее связь с циркуляцией скорости; кинематику турбулентных течений; критерий Рейнольдса; интеграл Бернулли - как частное решение уравнений движения; уравнение энергии; связь энтальпии с функцией давления в адиабатических процессах; тепловая форма интеграла Бернулли; сопротивление давления; распределение давления вне и внутри плоского вихря. кризис сопротивления плохо обтекаемых тел; сопротивление давления при обтекании пластины; сопротивление давления при обтекании профиля в решетке профилей. одномерное течение газа. понятие скорости звука и числа М, критическая скорость газа; обобщенная гипотеза Ньютона о связи тензора напряжений и тензора скоростей деформаций; уравнение Навье - Стокса и баланса энергии; диссипация механической энергии и теплообразование; неизотермическое движение газа по трубе при наличии сопротивления; переход ламинарного течения в турбулентное; критическое число Рейнольдса; гипотезы турбулентности; коэффициент “турбулентной вязкости” и его отличие от коэффициента молекулярной вязкости; гипотезы турбулентности Буссинеска, Прандтля, Кармана; перенос тепла и вещества при турбулентном движении; понятие о подобии гидромеханических процессов; физическое представление о пограничном слое; уравнения ламинарного пограничного слоя Л. Прандтля; понятие о температурном и диффузионном слое; характерные толщины в пограничном слое; переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный; факторы влияющие на переход; методы управления пограничным слоем; расчет турбулентного пограничного слоя на гладкой и шероховатой пластине на основе интегрального соотношения Кармана; свободный пограничный слой; Классификация струй.
уметь: рассчитывать потери на трение и местные сопротивления в элементах трубопроводов; определять режим течения жидкости или газа; использовать в практических расчетах уравнение Бернулли; выполнять гидравлическое профилирование активной зоны реакторной установки с водяным и газовым теплоносителем; рассчитывать минимальную мощность насоса на прокачку теплоносителя в первом контуре реакторных установок; вычислять расход теплоносителя в первом контуре реакторной установки при его разгерметизации;
иметь навыки: в использовании основных инструментальных средств входящих в состав экспериментальных стендов и установок: 1) при измерениях расходов воды и газа с использованием приборов переменного перепада давления (труб Вентури и диафрагм), трубки Пито-Прандтля, электромагнитных расходомеров; 2) в измерении избыточного, статического, вакуумметрического давления с использованием механических и электронных манометров; 3) в расчете расходов воды и газа; 4) осуществлять перевод давлений, расходов и температур из одной системы единиц в другую; 5) определять величину расхода при истечении из насадков различной формы; 6) рассчитывать величину потерь давления на трение и преодоление местных сопротивлений; 7) в определении числа Рейнольдса при заданном режиме течения воды или газа.
3. Содержание дисциплины
3.1. Лекции
Тема 1. Введение Роль курса в подготовке инженеров физиков - теплоэнергетиков. Аксиоматика механики жидкости и газа. Смысл и значение основных предположений жидкой и газообразной среды сплошности и легкой подвижности. Границы применимости законов движения жидкости к газу (2 час).
Тема 2. Равновесие жидкости и газа. Дифференциальные уравнения гидрогазостатики, их общее решение и частные случаи. Относительное равновесие. Определение сил на плоские и криволинейные поверхности (4 часа).
Тема 3. Уравнение динамики в напряжениях. Замкнутая система динамики жидкости. Особенности классификации сил, действующих в жидкости. Физический смысл компонент тензора напряжений, общность свойств давления в покоящейся и идеальной жидкости. Уравнение динамики в напряжениях. Уравнение неразрывности движения. Уравнение баланса энергии (4 часа).
Тема 4. Кинематика жидкости. Метод Эйлера. Задания движения. Полное ускорение. Разложение движения на квазитвердое и деформационное. Понятие трубки тока и вихревой трубки, их свойства. Объемный и массовый расходы, живое сечение и гидравлический радиус. Понятие средней скорости. Интенсивность вихревой трубки и ее связь с циркуляцией скорости. Кинематика турбулентных течений. Критерий Рейнольдса. Понятие и физический смысл функции тока. Уравнения линий тока через функцию тока. Потенциальные плоские течения. Характеристическая функция течения и примеры простейших течений (4 часа).
Тема 5. Динамика идеальной жидкости. Сопротивление давления. Основные уравнения. Интеграл Бернулли - как частное решение уравнений движения. Уравнение энергии. Связь энтальпии с функцией давления в адиабатических процессах. Тепловая форма интеграла Бернулли. Примеры применения интеграла Бернулли. Сопротивление давления. Распределение давления вне и внутри плоского вихря. Сопротивление давления при бесциркуляционном и циркуляционном обтекании цилиндра. Кризис сопротивления плохо обтекаемых тел. Сопротивление давления при обтекании пластины. Сопротивление давления при обтекании профиля в решетке профилей. Одномерное течение газа. Понятие скорости звука и числа М, критическая скорость газа. Связь термодинамических параметров в каналах переменного сечения с числом М. Прямой скачок уплотнения. Связь термодинамических параметров перед и за прямым скачком (4 часа).
Тема 6. Движение вязкой жидкости. Основные уравнения, гидродинамическое подобие. Основные уравнения. Зависимость вязкости от температуры и давления. Обобщенная гипотеза Ньютона о связи тензора напряжений и тензора скоростей деформаций. Уравнение Навье - Стокса и баланса энергии. Диссипация механической энергии и теплообразование. Неизотермическое движение газа по трубе при наличии сопротивления. Переход ламинарного течения в турбулентное. Критическое число Рейнольдса. Гипотезы турбулентности. Коэффициент “турбулентной вязкости” и его отличие от коэффициента молекулярной вязкости. Гипотезы турбулентности Буссинеска, Прандтля, Кармана. Перенос тепла и вещества при турбулентном движении. Понятие о подобии гидромеханических процессов. Числа и критерии подобия. Число М как один из критериев подобия для течения сжимаемой среды. Связь числа Эйлера с числом Рейнольдса. Принципы моделирования (4 часа).
Тема 7. Одномерные течения вязкой несжимаемой жидкости. Гидравлические сопротивления. Основные свойства плавноизменяющихся движений. Обобщение интеграла Бернулли. На поток конечных размеров. (Уравнение Бернулли для потока). Природа гидравлических сопротивлений. Вычисление местных сопротивлений. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса. Ламинарное движение в каналах. Распределение скоростей и законы сопротивления. Применение теории “пути смешения” Прандтля к расчету турбулентного течения в круглой трубе. Распределение скоростей и законы сопротивления в гидравлически гладких и шероховатых трубах. Особенности течения на начальных участках каналов. Сопротивление пучка стержней при их продольном обтекании. Профилирование расходов и определение сопротивлений по кассетам (каналам) ядерного реактора. Сопротивление пучка стержней при их поперечном обтекании. Определение минимальной мощности насоса, необходимой для перекачки теплоносителя по разветвленной или кольцевой сети. Прямой и непрямой гидравлический удар в трубах. (4 часа)
Тема 8. Гидродинамический пограничный слой. Затопленные струи. Физическое представление о пограничном слое. Уравнения ламинарного пограничного слоя Л. Прандтля. Понятие о температурном и диффузионном слое. Характерные толщины в пограничном слое. Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Факторы влияющие на переход. Методы управления пограничным слоем. Расчет турбулентного пограничного слоя на гладкой и шероховатой пластине на основе интегрального соотношения Кармана. Свободный пограничный слой. Классификация струй. Структура и закономерности затухания плоских и круглых струй в затопленном пространстве и в спутном потоке. Структура плоской ограниченной струи. Перенос тепла и вещества в струях. Системы струй. Применение струйных расчетных моделей в задачах ядерной энергетики (4 часа).
Тема 9. Элементы гидродинамики двухфазных течений. Режимы течения и структура двухфазных потоков. Критерий устойчивости режимов течения газожидкостных систем. Уравнения сохранения одномерного течения газожидкостной смеси. Определение критического расхода вскипающего теплоносителя и параметров его состояния при разгерметизации реакторного контура. Особенности определения местных сопротивлений и сопротивления трения в двухфазном потоке необогреваемых и обогреваемых каналов. Сопротивление при продольном течении пароводяной смеси вдоль пучка стержней. Особенности структуры двухфазного пограничного слоя. Образование пленок, режимы их течения и распад. Причины эрозионного износа лопаток турбин. Причины возможного “запирания” каналов при течении жидкости с пузырьками газа. Понятие о тепловых скачках, скачках конденсации в двухфазном потоке (4 часа).
3.2. Практические и семинарские занятия
| Раздел(ы) | Тема практического или семинарского занятия | Литература | Число часов |
| 1, 2 | Гидростатика. Давление в покоящейся жидкости. Закон Паскаля. Давление при относительном покое несжимаемой жидкости. Сила давления покоящейся жидкости на плоские и криволинейные поверхности. | | 5 |
| | Кинематика жидкости. Основные понятия кинематики. | | 4 |
| 5, 6, 7 | Гидродинамика. Движение идеальной жидкости. Движение вязкой жидкости. Простые и сложные трубопроводы. Продольное и поперечное обтекание пучков стержней. Истечение из отверстий и насадков. | | 6 |
| 9 | Динамика двухфазных потоков. Течение двухфазного потока в каналах. Истечение вскипающего теплоносителя. | | 2 |
3.3. Лабораторный практикум
| Раздел(ы) | Тема практического или семинарского занятия | Число часов |
| 5 | Методика измерения скорости в потоке при помощи трубки Пито - Прандтля и изучение зависимости показания трубки от угла между ее осью и направлением скорости | 2 |
| 6 | Визуальное наблюдение ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости. Определение числа Рейнольдса. | 2 |
| 7 | Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли | 2 |
| 7 | Определение коэффициентов местных сопротивлений и тарировочного коэффициента расходомерной шайбы. | 4 |
| 6, 7 | Определение коэффициентов сопротивлений по длине круглой трубы и в каналах некруглого сечения. | 2 |
| 6, 7 | Определение коэффициентов расхода при истечении жидкости из малых отверстий и из насадков | 2 |
| 9 | Сопротивление поперечного обтекаемого пучка труб | 3 |
3.4. Курсовые проекты (работы)
Курсовая работа не предусмотрена.
3.5. Формы текущего контроля
Текущий контроль знаний осуществляется при защите лабораторных работ, начиная с третьей недели семестра.
| Раздел(ы) | Форма контроля | Неделя |
| 1 – 4 | Тестирование | 7 |
| 5 – 7 | Тестирование | 14 |
3.6. Самостоятельная работа
Плоские сверхзвуковые течения. Течение Прандтля-Майера. Предельные углы поворота потока. Нерасчетные режимы работы сопла Лаваля.
Контроль за выполнением самостоятельной работы осуществляется на лабораторных работах.
4.1. Рекомендуемая литература
4.1.1. Основная литература
- Механика жидкости и газа. Под ред. В.С. Швыдкого. 2-е издание., ИКЦ Академкнига., М.:, 2003., 462 стр. (Имеются в библиотеке ИАТЭ)
- Л.Г. Лойцанский. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, -2002 г. (Имеются в библиотеке ИАТЭ)
4.1.2. Дополнительная литература
- В.Т.Емцев. Техническая гидромеханика., - М.: Машиностроение, 1987.
- П.Л.Кириллов, Ю.С.Юрьев, В.П.Бобков. Справочник по теплогидравлическим расчетам . -М.: Энергоатомиздат, 1984.
- Г.Шлихтинг. Теория пограничного слоя.(перевод с немецкого). - М.: Наука, 1989.
- Г.С.Самойлович. Гидрогазодинамика. - М. : Машиностроение, 1990.
- М.Е.Дейч, Г.А.Филиппов. Газодинамика двухфазных сред. - М.: Энергоиздат , 1981.
- И.Е.Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -М.: Машиностроение, 1995.
4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
1. Расчетно-графическая программа «Meduza», являющая комплексом по сбору, первичной обработке и хранению экспериментальных данных полученных в результате проведения теплогидравлических опытов.
2. Расчетно-графическая программа «Galiaf», являющая комплексом по управлению режимами течения теплоносителя, системой сбора и первичной обработки экспериментальных данных, графическим комплексом представления данных в реальном времени, архиватором измеренных величин на стенде «Циркуляционная петля».
3. Имеется кинофильм о гидравлическом ударе в трубах.
5. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Препараторская кафедры «Теплофизика», Помещение 2-216 – Лаборатория «Механика жидкости и газа».
Экспериментальные стенды:
- «Циркуляционная петля»
- «Параллельные каналы»
- «РБМК-ГБ»
- «МИР»
Экспериментальные установки:
8 установок в лаборатории «Механика жидкости и газа»”