работа по дисциплине «теоретические основы механики жидкости и газа» ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА» В СВЕТЕ НОВОЙ СИСТЕМЫ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Изаак С.А., Удовин В.Г. Оренбургский государственный университет Переход российского высшего образования на новую систему предъявляет новые требования к качеству подготовки выпускников. Современный подход предполагает усвоение студентом не отдельных друг от друга знаний и умений, а овладение ими в комплексе, что в итоге должно сформировать творческую личность, способную к самоорганизации, саморазвитию и успешной реализации своих проектов и идей. Это предусматривают и Федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования (ФГОС ВПО, «ГОС третьего поколения»), устанавливая необходимость разработки компетентностно-ориентированных учебно-методических комплексов дисциплин (УМКД), результатами освоения которых должно быть формирование у обучающихся требуемых общекультурных и профессиональных компетенций [4]. Всё это учтено нами при разработке УМКД «Теоретические основы механики жидкости и газа». Освоение этой дисциплины предусматривает выполнение курсовой работы, цель которого мы видим в систематизации, закреплении и развитии знаний, умений и навыков, полученных студентом в ходе занятий, регламентированных рабочей программой по данной дисциплине, а также расширение компетентности и совершенствование творческого потенциала студента через самостоятельное решение задач, рассматриваемых не отдельно друг от друга, а в совокупности, то есть связанных комплексным расчётом некоторой системы по изначально заданным исходным данным. К расчёту в курсовой работе предлагаем гидравлическую установку, разработанную нами принципиальную схему которой приводим на рисунке 1. Принцип работы этой установки следующий. Установка заполнена жидкостью с плотностью ρ и расчётной кинематической вязкостью v до заданного уровня H 1 , в резервуар 1 закачан воздух до заданного манометрического давления рм . Задвижка закрыта, подпитка не производится. При этом установка находится в статическом режиме: движение жидкости отсутствует. При открытии задвижки и одновременном включении подпитки установка переходит в динамический режим. Расход истекающей жидкости регулируется задвижкой, установленной на последовательно-соединённом трубопроводе. Подпитка автоматически держит уровень жидкости Н1 в резервуаре 1 постоянным, постоянным держится и давление p м , а значит, напор в резервуаре 1 также постоянен. Движение жидкости установившееся, расход, истекающий из установки, равен расходу, восполняемому подпиткой. Этот расход, как принято, обозначаем буквой Q . При различных значениях Q различны и уровни жидкости Н2 дин в резервуаре 2, что легко понять, рассматривая резервуар 2 как большой пьезометр. При постоянном напоре в резервуаре 1 увеличение расхода приведёт к снижению уровня жидкости в резервуаре 2, так как при большем расходе увеличатся потери напора между резервуарами. Каждому значению Q соответствует единственное значение Н2 дин . Жидкость истекает через последовательно-соединённый трубопровод под действием напора Н2 дейст , который представляет собой разность высоты H 2 дин и высоты расположения оси трубопровода H 3 от дна резервуара. Резервуары соединены отверстием, к которому может быть приключен насадок того или иного вида. Отверстие может быть и без насадка. Ширина обоих резервуаров, лежащая в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка, равна b . В курсовой работе требуется последовательно решить следующие задачи. 1. Привести краткое описание статического и динамического режимов заданной гидравлической установки; 2. Для статического режима: 2.1. Определить высоту H 2 ст жидкости в резервуаре 2; 2.2. Рассчитать силу избыточного гидростатического давления на плоские поверхности наружных стенок резервуаров 1 и 2, находящиеся под уровнем жидкости, с построением эпюр давления; 2.3. Рассчитать силу избыточного гидростатического давления на плоскую наклонную стенку резервуара 1, с построением эпюры давления; 2.4. Рассчитать силу избыточного гидростатического давления на плоскую горизонтальную стенку (дно) резервуара 2, с построением эпюры давления; 2.5. Рассчитать силу избыточного гидростатического давления на цилиндрическую стенку резервуара 2; 3. Для динамического режима, при заданном ряде режимных значений Н2 дин : 3.1. Рассчитать истечение жидкости через отверстие или насадок: 3.1.1. Определить коэффициент расхода отверстия (насадка) 3.1.2. Определить коэффициент скорости отверстия (насадка) 3.1.3. Определить расход и скорость истечения через отверстие (насадок); 3.1.4. Рассчитать характеристику работы резервуара, в который происходит истечение; 3.2. Произвести гидравлический расчёт последовательно соединённого трубопровода: 3.2.1. Определить режимы течения жидкости в трубопроводе; 3.2.2. Определить коэффициенты гидравлического трения линейных участков трубопровода; 3.2.3. Рассчитать потери напора по длине трубопровода (линейные потери); 3.2.4. Рассчитать потери напора на местных сопротивлениях трубопровода (местные потери); 3.2.5. Рассчитать значения потребного напора для работы трубопровода с рядом режимных расходов Q , соответствующих заданным режимным напорам Н2 дин ; 3.3. Выполнить гидравлическую увязку установки, рассчитать дросселирование и степень открытия задвижки; 3.4. Построить пьезометрическую и напорную линии при работе установки в одном из режимов. Исходными данными при этом являются: конструктивные размеры установки (a 1 , a 2 , r , b , H 3 , β ), тип и размер насадка, параметры рабочей среды (плотность ρ и кинематическая вязкость v жидкости, высота Н1 жидкости, высота Нвозд воздуха, манометрическое давление p м , атмосферное давление p ат , температура воздуха t возд ), данные трубопровода (длины ℓ и диаметры d , абсолютная эквивалентная шероховатость труб k э ), ряд режимных высот жидкости при динамическом режиме H 2 дин , а также прочие необходимые к расчётам данные, принимаемые по литературе и справочникам. С учётом вышеотмеченных задач, а также [1] и [2], студентам рекомендуем следующую структуру пояснительной записки: Титульный лист Задание на курсовую работу Аннотация Содержание Введение 1 Описание гидравлической установки 2 Статический режим гидравлической установки 2.1 Определение высоты жидкости при статическом режиме 2.2 Расчёт силы давления на плоские вертикальные поверхности 2.3 Расчёт силы давления на плоскую наклонную поверхность 2.4 Расчёт силы давления на плоскую горизонтальную поверхность 2.5 Расчёт силы давления на цилиндрическую поверхность 3 Динамический режим гидравлической установки 3.1 Расчёт истечения жидкости через отверстие (насадок) 3.1.1 Определение коэффициента расхода отверстия (насадка) 3.1.2 Определение коэффициента скорости отверстия (насадка) 3.1.3 Определение расхода и скорости истечения из отверстия (насадка) 3.1.4 Расчёт характеристики работы резервуара, в который происходит истечение 3.2 Гидравлический расчёт последовательно соединённого трубопровода 3.2.1 Определение режимов течения жидкости 3.2.2 Определение коэффициентов гидравлического трения 3.2.3 Расчёт потерь напора по длине 3.2.4 Расчёт потерь напора на местных сопротивлениях 3.2.5 Расчёт потребного напора для работы трубопровода с режимным расходом 3.3 Гидравлическая увязка установки, расчёт дросселирования и степени открытия задвижки 3.4 Построение пьезометрической и напорной линий Список использованных источников Приложения К выполнению курсовой работы нами разработаны методические указания, состоящие из трёх разделов. В первом, сравнительно небольшом по объёму разделе, приведено описание предлагаемой к расчёту гидравлической установки, поставлены задачи работы, а также изложены требования по структуре, оформлению и защите работы. Второй раздел посвящён решению задач, связанных со статическим режимом заданной гидравлической установки. В третьем разделе рассматриваются задачи, связанные с динамическим режимом этой установки. В методических указаниях мы даём необходимые теоретические сведения к решению задач, смысл расчётов объясняем подробно и наглядно – фактически, приводим полное решение задач в общем виде. В конце методических указаний помещаем приложения, дополняющие основной текст и содержащие варианты исходных данных к работе, пример оформления бланка задания, а также необходимые справочные сведения. При разработке методических указаний мы использовали как «классические» источники, в числе которых [3], [6], [8], [9], так и современные, в числе которых [5], [7]. В целом считаем, что разработанная нами по дисциплине «Теоретические основы механики жидкости и газа» полностью соответствует требованиям, предъявляемым ФГОС ВПО. Подход, положенный нами в основу разработки, позволяет на основе фундаментальных знаний, реализовать методы, которые отвечали бы требованиям современной техники и жизни. Список литературы 1. СТО 02069024.110-2008 «Стандарт организации. Издания для образовательного процесса. Общие требования и правила оформления» — Оренбург, 2009. 2. СТО 02069024.101-2010 «Стандарт организации. Работы студенческие. Общие требования и правила оформления» — Оренбург, 2010. 3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / Т. М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1982. – 432 с. 4. Гидрович С.Р. Компетентностный подход к формированию основных образовательных программ третьего поколения: монография / С.Р. Гидрович, И.И. Егорова, А.Ю. Курочкина — СПб: Изд-во Санкт-Петербургского гос. ун-та экономики и финансов, 2010. — 106 с. 5. Давидсон В.Е. Основы гидрогазодинамики в примерах и задачах: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.Е. Давидсон. — М.: Издательский цент «Академия», 2008. — 320 с. 6. Калицун В.И. Основы гидравлики и аэродинамики: учеб. для техникумов / В.И. Калицун, Е.В. Дроздов. — М.: Стройиздат, 1980. — 247 с. 7. Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями: учеб. пособие для вузов / В.Н. Метревели. — 2-е изд., стер. — М.: Высш. школа, 2008. – 192 с. 8. Пашков Н.Н, Долгачев Ф.М. Гидравлика. Основы гидрологии. Учебник для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. М.: «Энергия», 1977 — 408 с. 9. Чугаев Р.Р. Гидравлика: учеб. для вузов / Р.Р. Чугаев. — изд. 4-е, перераб. и доп. — Л.: Энергоиздат, 1982. — 672 с.