Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Металлургический институт

УТВЕРЖДАЮ

Директор

Чупров В.Б.

«» _ 2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Профиль подготовки: «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная г. Липецк – 2013 г.

1. Цели освоения дисциплины Целями освоения дисциплины «Механика жидкостей и газов» являются:

изучение основных законов равновесия и движения жидкостей и газов;

изучение методов применения законов равновесия и движения жидкостей и газов для решения инженерных задач;

приобретение знаний, умений и компетенций, необходимых для проектирования, расчёта, выбора оптимальных параметров и обеспечения надёжной и эффективной эксплуатации технологических агрегатов, систем энергоснабжения.

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО Данная дисциплина входит в раздел «Б.2. Математический и естественно-научный цикл.

Вариативная часть. Дисциплины по выбору студентов» ФГОС ВПО по направлению подготовки 150400.62 «Металлургия» (квалификация (степень) «бакалавр»), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».

Для изучения дисциплины необходимы знания по дисциплинам «Математика», «Физика», «Техническая термодинамика».

Освоение дисциплины «Механика жидкостей и газов» необходимо как предшествующее для изучения дисциплин «Металлургическая теплотехника», «Теплофизика металлургических процессов», «Тепломассообменные процессы и аппараты», «Теплоэнергетическое оборудование», «Теплотехнические измерения».

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины В результате освоения дисциплины «Механика жидкостей и газов» обучающийся должен обладать следующими общепрофессиональными компетенциями:

уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);

уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК-4);

уметь следовать метрологическим нормам и правилам, выполнять требования национальных и международных стандартов в области профессиональной деятельности (ПК-8);

иметь способности к анализу и синтезу (ПК-18);

уметь выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-19);

уметь использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-20);

уметь использовать основные понятия, законы и модели термодинамики, химической кинетики, переноса тепла и массы (ПК-21);

уметь обосновывать выбор оборудования для осуществления технологических процессов (ПКВ результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать:

основные законы равновесия и движения жидкостей и газов;

различные методы расчёта параметров движения жидкостей и газов.

Уметь:

выполнять расчёты параметров движения жидкостей и газов в технологических агрегатах и системах энергоснабжения;

выбирать оптимальные параметры движения жидкостей и газов, обеспечивающие надёжную и эффективную работу технологических агрегатов и систем энергоснабжения.

Владеть:

методами применения законов сохранения массы и энергии для расчёта параметров движения;

методами проведения работ на действующих установках и методами анализа результатов опытов;

навыками расчёта и проектирования систем подачи газов и жидкостей.

4. Структура и содержание дисциплины Распределение часов по учебному плану Трудоёмкость (в часах) Виды контроля Курс Семестр Зачётные Лек- Лаб. Практ. Промеж.

Всего Инд. СРС Экзамен Зачет Задание единицы ции раб. зан. контроль 2 2 2 72 17 - 17 7 24 7 - 1 2 3 3 108 17 17 17 11 30 16 1 - Курс 2. Семестр 2.

1 Свойства жидкостей и 2 Основы кинематики и 4 Применение уравнения 5 Устройства для газов Раздел дисциплины Наименование тем лекций (трудоёмкость в часах) п/п 1 Свойства жидкостей и газов. Свойства жидкостей и газов. Давление и его свойства (1).

Статика Основное уравнение гидростатики. Измерение давления 2 Основы кинетики и динамики Классификация движений. Уравнение неразрывности.

жидкостей Уравнение движения. Ламинарный и турбулентный режимы.

3 Уравнение энергии Бернулли Уравнение энергии Бернулли для идеальной и реальной 4 Применение уравнения Потери энергии при движении жидкости. Линейные потери Бернулли для расчёта движения давления. Коэффициент трения. Потери давления на жидкостей местных сопротивлениях (2). Истечение жидкостей и газов Раздел дисциплины Наименование тем лекций (трудоёмкость в часах) п/п 5 Устройства для организации Центробежные вентиляторы. Работа вентилятора в сети.

движения газов Выбор вентиляторов (2). Работа и основы расчета инжектора 6 Методы анализа и расчета Дифференциальные уравнения движения жидкости Навьедвижения жидкостей и газов Стокса. Теорема импульсов Эйлера (2). Применение 7 Основы теории Движение жидкости в пристеночном и свободном гидродинамического пограничном слое. Дифференциальные уравнения пограничного слоя пограничного слоя Прандтля (2). Турбулентный 8 Струйные движения газов и Свойства и основные расчетные зависимости для 1 Свойства жидкостей и газов. Свойства газов. Распределение давления по высоте (2).

2 Основы кинематики и динамики Режимы движения. Критерий Рейнольдса (2).

жидкостей 3 Уравнение энергии Бернулли Уравнение Бернулли (2). Контрольная работа (2). Трубка 4 Применение уравнения Бернулли Потери давления при движении жидкостей (2). Истечение для расчёта движения жидкостей жидкости и газа из сопел (2). Выбор диаметров труб по 5 Устройства для организации Выбор вентилятора для подачи воздуха и горелке (2). Расчет 6 Методы анализа и расчета Применение теоремы импульсов для расчета движения газа движения жидкостей и газов (2). Методика моделирования движения газов (2). Обобщение 7 Основы теории Распределение скорости в пристеночном пограничном слое гидродинамического (2). Гидравлическое сопротивление (1).

пограничного слоя 8 Струйные движения газов и Определение скоростей по сечению струи (2).

1 Устройства для организации Измерение давления высотой столба жидкости (3).

движения газов 2 Методы анализа и расчета Изучение режимов движения жидкости (3). Применение движения жидкостей и газов уравнения Бернулли для изучения движения газа (4).

3 Основы теории Определение коэффициента трения при движении воздуха в пограничного слоя 4 Струйные движения газов и Определение коэффициентов местных гидравлических 5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО при изучении дисциплины «Механика жидкостей и газов» предусматривается использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий. Во время лекций и практических занятий предусмотрено активное участие студентов и анализ понимания ими рассматриваемых тем. На лабораторных занятиях предусмотрено активное изучение конструкции и работы установок, методов измерений и управления процессами.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы При изучении дисциплины проводятся практические занятия и лабораторные работы. Каждая задача, рассматриваемая на практических занятиях, принимается на основе индивидуального собеседования. При приёме лабораторных работ предусмотрен обязательный анализ возможных ошибок опытов и возможных причин отклонения получаемых результатов от известных из теории и практики.

1) Текущий контроль Текущий контроль включает выполнение контрольной работы и расчетного задания № 1.

Примеры задач для контрольной работы № 1.

1. При гидравлическом испытании трубопровода диаметром 400 мм и длиной 200 м давление воды в трубе было поднято до 55 ати. Через 1 ч давление упало до 50 ати. Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через неплотности.

2. Определить абсолютное давление в резервуаре закрытом на глубине 5 м, если показание вакуумметра установленного на высоте 1,7 м равно 0,02 МПа. Атмосферное давление соответствует 740 мм рт.ст. Плотность бензина 700 кг/м3.

3. Барометр, установленный на первом этаже многоэтажного дома, показывает давление 738 мм рт.ст. Каковы будут показания барометра после переноса его на девятый этаж, если высота каждого этажа 4,5 м, а температура воздуха 20 °C?

4. Цилиндрический сосуд диаметром 40 мм и высотой 100 мм до половины наполнен водой.

С каким предельным числом оборотов можно вращать этот сосуд вокруг его геометрической вертикальной оси, чтобы из него не выливалась вода?

5. Из напорного бака вода течет по трубе диаметром 20 мм и затем вытекает в атмосферу через насадок (брандспойт) с диаметром выходного отверстия 10 мм. Избыточное давление воздуха в баке 0,18 МПа. Расстояние от свободной поверхности жидкости до уровня подсоединения трубы к баку 1,6 м. Пренебрегая потерями энергии, определить скорости течения воды в трубе и на выходе из насадка.

Расчётное задание № 1. Выполнить расчёт системы подачи воды насосом. Гидравлические схемы и исходные данные индивидуальные.

Текущий контроль включает выполнение лабораторных работ и расчетного задания № 2.

Расчётное задание № 2. Выполнить расчёт потерь давления по тракту дымоудаления нагревательной печи.

2) Промежуточная аттестация (контроль) Промежуточная аттестация (контроль) представляет собой зачет, проходящий в виде ответа на теоретические вопросы и защиты результатов выполнения расчётного задания № 1.

Промежуточная аттестация (контроль) представляет собой экзамен, проходящий в виде ответа на теоретические вопросы и защиты результатов выполнения расчётного задания № 2.

Перечень вопросов к экзамену.

1. Свойства жидкостей и газов. Текучесть, плотность, сжимаемость, температурное расширение.

2. Закон вязкого трения Ньютона. Вязкость. Свойства газов. Понятие об идеальной жидкости.

3. Силы, действующие в жидкости. Гидростатическое давление и его свойства. Давление абсолютное, избыточное и разрежение.

4. Равновесие жидкости под действием силы тяжести. Распределение давления по глубине.

5. Измерение давления высотой столба жидкости. Приборы для измерения давления.

6. Основы кинематики и динамики жидкости. Классификация движений. Уравнение неразрывности.

Средняя скорость.

7. Режимы движения жидкости. Критерий Рейнольдса и его критические значения.

8. Дифференциальные уравнения движения жидкости.

9. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Энергетический и гидравлический смысл.

10. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Энергетический и гидравлический смысл.

11. Уравнение Бернулли в единицах давления. Правила применения уравнения Бернулли.

12. Потери энергии при движении жидкости. Потери давления по длине и на местных сопротивлениях.

13. Ламинарный режим движения жидкости. Распределение скорости и потери давления при ламинарном движении.

14. Турбулентный режим движения жидкости. Распределение скорости и потери давления при турбулентном режиме. Коэффициент трения. Эквивалентная шероховатость.

15. Истечение жидкости при постоянном напоре из отверстия с острыми кромками.

16. Истечение жидкости из насадок и сопел. Особенности истечения газов.

17. Основы гидравлических расчётов трубопроводов. Расчёт действующих сетей.

18. Проектный гидравлический расчёт трубопроводов. Выбор диаметров по оптимальной скорости.

3) Самостоятельная работа студентов Обязательная часть (12 часов):

проработка материала лекций – 3;

подготовка к практическим занятиям – 9;

Вариативная часть (12 часов):

подготовка к контрольной работе – 4 часа;

выполнение расчётного задания – 8.

Обязательная часть (22 часа):

проработка материала лекций – 3;

подготовка к лабораторным занятиям – 10;

подготовка к практическим занятиям – 9;

Вариативная часть (8 часов):

выполнение расчётного задания – 8.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) Основная литература:

1. Теплотехника металлургического производства.Т.1. Теоретические основы: Учебное пособие для вузов/ В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, В.В. Белоусов и др. - М.: МИСИС, 2002 - 608 с.

2. Механика жидкости и газа: Учебное пособие для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред.

В.С. Швыдкого - М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 464 с.

3. Емцев Б.Т.Техническая гидромеханика: Учебник для вузов — М.: Машиностроение, 1987. - 440 с.

б) Дополнительная литература:

1. Альтшуль А.Д., Животовский А.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1987.-414 с.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для вузов./ Т.М.Башта и др. Под.

ред. Т.М.Башта Изд. 2-е. - М.: Машиностроение, 1982.-423 с.

3. Валуева Е.П., Свиридов В.Г. Введение в механику жидкости: учебное пособие // М.: издво МЭИ, 2001. – 212 с.: ил.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для успешного проведения занятий по дисциплине «Механика жидкостей и газов» вуз располагает необходимой материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов занятий, предусмотренных данной программой, и соответствующей действующим санитарным и противопожарным правилам и нормам:

специализированными аудиториями для проведения лекционных, практических и лабораторных занятий;

необходимым программным обеспечением и выходом в Интернет;

научно-технической и методической литературой.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению 150400.62 Металлургия (квалификация (степень) «бакалавр»), профиль подготовки «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей».

Программа одобрена на заседании кафедры теплофизики