Министерство образования и науки РФ
ФГАОУ ВПО
СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
САЯНО-ШУШЕНСКИЙ ФИЛИАЛ
(СФУ СШФ)
УТВЕРЖДАЮ:
Директор СШФ СФУ
// Е.Ю.Затеева
«»_ 2012 г.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина Гидромеханика, гидравлика Направление 140200 – Электроэнергетика Специальность 140209.65 – Гидроэлектростанции Кафедра Гидротехнических сооружений Саяногорск 2012 Учебная программа дисциплины составлена в соответствии с приложением №1 ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированных специалистов 140200 Электроэнергетика по специальности 140209.65 «Гидроэлектростанции» Регистрационный номер №214 тех/дс от 27.03. Программу составил:Доцент кафедры ГТС Андрияс А.А. (подпись) Учебная программа согласована с выпускающей кафедрой ГГЭЭС (наименование кафедры) Заведующий кафедрой Луференко В.В._ (Ф.И.О. подпись) «»_200 г.
Учебная программа обсуждена на заседании кафедры ГТС «»_20 г. протокол №_ Заведующий кафедрой Мосин К.Ю. (подпись) Учебная программа обсуждена на заседании НМС Саяно-Шушенского филиала СФУ «» 20_ г. протокол № _ Председатель НМС (Ф.И.О. подпись) Дополнения и изменения в учебной программе на 20 /20 учебный год.
В учебную программу вносятся следующие изменения:
Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры Гидротехнических сооружений «_» _ 20г. протокол № _ Заведующий кафедрой_ (Ф.И.О. подпись) Внесенные изменения УТВЕРЖДАЮ:
Зам. директора по УР Саяно-Шушенского филиала СФУ _ (Ф.И.О. подпись)
СОДЕРЖАНИЕ
1 ТРЕБОВАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ2 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий
3.2 Содержание модулей дисциплин при использовании системы зачетных единиц.
3.3 Содержание разделов и тем лекционного курса
3.4 Практические занятия
3.5 Лабораторные занятия
3.6 Самостоятельная работа
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ материалы по дисциплине
4.1 Основная и дополнительная литература
4.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и материалов к техническим средствам обучения
5 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ПО ДИСЦИПЛИНЕ В СИСТЕМЕ
ЗАЧЕТНЫХ ЕДИНИЦ
6 ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИН С
ПРИМЕНЕНИЕМ ДИСТАНЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
1 ТРЕБОВАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1.Цель преподавания дисциплины Дисциплина «Гидромеханика, гидравлика» является одной из основных дисциплин по специальности «Гидроэлектростанции»Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с процессами взаимодействия гидротехнических сооружений (ГТС) с потоками воды, обтекающими элементы сооружений по искусственным поверхностным и донным, а также естественным русловым и подземным водным трактам 1.2.Задачи изучения дисциплины В результате изучения дисциплины студент:
овладевает знаниями в области гидростатики и гидродинамики, понимает физический смысл гидравлических явлений, режимов установившегося и неустановившегося движений жидкости, закономерности сопряжения бьефов, истечения из отверстий и движения воды через водосливы и глубинные отверстия;
владеет основными законами гидравлики, знает терминологию;
понимает значимость и проблемы дисциплины;
владеет основными методами гидравлического расчета каналов, водосбросных сооружений, местных потерь напора, гасителей энергии (водобойные колодцы, стенки), частей водопроводной сети, отверстий безнапорных и напорных труб, гидравлического удара.
1.3. Межпредметная связь При изучении гидромеханики, гидравлики соблюдается связь с дисциплинами: высшая математика, физика, инженерная гидрология, математические задачи в гидроэнергетике.
Изучаемые вопросы обязательны для прочного усвоения последующих дисциплин: регулирование русел рек, моделирование гидравлических явлений, использование водной энергии, энергетические сооружения и их строительство, гидромашины, основное гидросиловое и гидромеханическое оборудование, основы эксплуатации гидроузлов их оборудования и сооружений.
2 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
- практические занятия (ПЗ) - семинарские занятия (СЗ) - курсовой проект (работа) - расчетно-графические задания(РГЗ) - реферат - задачи - задания - другие виды самостоятельной работы3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Разделы дисциплины и виды занятий 1.1 Дифференциальные уравнения равновесия жидкости. Гидростатическое давление. Вакуум.1.2 Закон Паскаля. Сила гидростатического поверхности. Закон Архимеда 2.1 Дифференциальные уравнения движения сти. Струйная модель 2.2 Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли. Два режима движения жидкости 2.3 Основное уравнение установившегося равномерного движения. Ламинарное и турбулент- - - 8 ное движение жидкости 2.4 Потери напора по длине трубопроводов, местные потери напора. Гидравлический расчет 8 4 18 напорных трубопроводов
3 ВОДОСЛИВЫ. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ
3.1 Водосливы лобовые (прямые) с тонкой стенкой, их расчет. Подтопленные и неподтопленные водосливы. Водосливы с широким по- 1 4 8 рогом. Типы водосливов. Коэффициенты расходов водосливов 3.2 Истечение жидкости из отверстий с тонкой Свободные струи4 РАВНОМЕРНОЕ И НЕРАВНОМЕРНОЕ
БЕЗНАПОРНОЕ УСТАНОВИВШЕЕСЯ
ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ В КАНАЛАХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ РУСЛАХ
4.1 Гидравлически наивыгоднейший профиль каналов. Расчет каналов. Расчет русел на равномерное движение. Удельная энергия сечения.Бурное и спокойное состояние потока 4.2 Гидравлический прыжок. Водобойные колодцы при сопряжении бьефов плотин 4.3 Основное дифференциальное уравнение установившегося неравномерного движения во- 1 - 8 ды. Формы свободной поверхности потока 4.4 Безнапорное неустановившееся движение воды, дифференциальные уравнения. Гидрав- - 2 6 лический удар
5 БЕЗНАПОРНОЕ И НАПОРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ГРУНТОВОЙ ВОДЫ
5.1 Основной закон фильтрации. Уравнение движения грунтовой воды 5.2 Расчет водосборной галереи, дрены, шахтных колодцев6 ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
3.2 Содержание модулей дисциплин при использовании системы зачетных единиц.Учебным планом не предусмотрено.
3.3 Содержание разделов и тем лекционного курса Раздел 1. Гидростатика 1. Введение в гидравлику. Связь гидравлики с другими дисциплинами. Основные разделы. Физические свойства жидкостей. Гидростатическое давление и его свойства.
2. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (уравнение Л.Эйлера) и их интегрирование. Основное уравнение гидростатики. Абсолютное и избыточное давление. Вакуум.
3. Закон Паскаля. Вакуумметрическая высота. Приборы для измерения пьезометрического давления. Поверхности уровня.
4. Сила гидростатического давления и определение его координаты.
Давление жидкости на цилиндрические поверхности. Закон Архимеда.
Раздел 2. Кинематика и гидродинамика 5. Основы гидродинамики. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости (уравнение Л.Эйлера) Виды движения жидкой частицы. Линии тока. Элементарная струйка. Струйная модель движения жидкости. Живое сечение. Расход жидкости.
6. Виды движения жидкости. Уравнение неразрывности для элементарной струйки и целого потока в простейшей гидравлической форме.
Уравнение Д.Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости при установившемся движении.
7. Геометрическая интерпретация уравнения Д.Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости при установившемся движении.
Энергетическая интерпретация уравнения Д.Бернулли элементарной струйки идеальной (невязкой) жидкости. Уравнение Д.Бернулли для целого потока реальной (вязкой) жидкости при установившемся движении.
8. Примеры применения уравнения Д.Бернулли. Потери напора при установившемся движении жидкости. Гидравлические сопротивления. Два режима движения жидкости.
9. Основное уравнение установившегося равномерного движения.
Ламинарное движение жидкости в круглой трубе. Формула потерь напора при ламинарном движении. Турбулентное движение жидкости в трубах, каналах, естественных руслах. Расчетная модель турбулентного потока.
Распределение осредненных скоростей в живом сечении потока.
10. Формула Шези для квадратичной области сопротивления. Потери напора на начальном участке турбулентного движения жидкости.
11. Местные потери напора при турбулентном напорном установившемся движением жидкости. Потери напора при резком расширении напорного трубопровода (формула Борда). Выход из трубопровода в бассейн.
Вход в трубопровод. Сужение трубопровода. Общая формула Вейсбаха.
Поворот потока. Соединение потоков.
12. Сложение потерь напора. Полный коэффициент сопротивления.
Длинные и короткие трубопроводы. Сифон и всасывающая труба. Последовательное и параллельное соединение труб. Расчет коротких напорных трубопроводов.
13. Гидравлический расчет длинных трубопроводов. Последовательное и параллельное соединение длинных труб. Потери напора в трубопроводах с непрерывной раздачей жидкости вдоль пути. Расчет сложного (разветвленного) трубопровода. Основы расчета сложного замкнутого трубопровода.
Раздел 3. Водосливы. Истечение из отверстий и насадков 14. Водосливы. Терминология и классификация. Прямые (лобовые) водосливы с тонкой стенкой. Свободное истечение через неподтопленный и подтопленный водосливы. Прямые водосливы с широким порогом, критерии его подтопления. Коэффициенты расходов водослива.
15. Истечение жидкости из отверстий в тонкой стенке. Типы сжатия струи. Величины коэффициентов: сжатия, сопротивления, скорости и расхода для малого отверстия. Типы насадков. Насадок Борда и Вентури, прочие типы. Истечение из насадков. Свободные струи.
Раздел 4. Равномерное и неравномерное безнапорное установившееся движение воды в каналах и естественных руслах 16. Равномерное безнапорное установившееся движение воды в каналах. Гидравлически наивыгоднейший профиль трапецеидального канала.
Основные типы задач при расчете трапецеидальных каналов. Ограничение скорости движения воды при расчете каналов.
17. Расчет каналов, имеющих замкнутый поперечный профиль. Расчет русел на равномерное движение воды. Расчет каналов, имеющих составной поперечный профиль.
18. Неравномерное безнапорное движение воды в каналах и естественных руслах. Удельная энергия сечения. Критическая глубина. Бурное и спокойное состояние потока. Критический уклон.
19. Гидравлический прыжок. Основное уравнение гидравлического прыжка. Длина гидравлического прыжка. Потери энергии в прыжке. Особые виды гидравлического прыжка. Формы свободной поверхности потока при резком изменении уклона дна цилиндрического канала.
20. Сопряжение бьефов при устройстве плотин. Сопряжение струи, ниспадающей с плотины с нижним бьефом. Расчет устройств нижнего бьефа плотин и его крепление. Гашение кинетической энергии потока в нижнем бьефе сооружения.
21. Расчет водобойного колодца. Аналитический способ расчета водобойной стенки. Расчет длины водобойных колодцев. Основные типы сопряжения бьефов. Перепады. Сопряжение бьефов каналами.
22. Основное дифференциальное уравнение установившегося неравномерного плавноизменяющегося движения воды в цилиндрическом (призматическом) русле. Исследование форм свободной поверхности потока.
23. Построение кривых подпора и спада. Неустановившееся напорное и безнапорное движение жидкости. Гидравлический удар.
24. Постепенное закрытие задвижки. Гидравлический удар при резком понижении давления с разрывом сплошности потока. Снижение гидравлических ударов на деривационных ГЭС.
25. Основные случаи безнапорного неустановившегося движения воды. Терминология. Дифференциальные уравнения неустановившегося плавноизменяющегося движения воды и общие указания об их решении.
Раздел 5. Безнапорное и напорное движение грунтовой воды 26. Основной закон фильтрации (формула Дарси). Методы определения коэффициента фильтрации. Основное уравнение плавноизменяющегося безнапорного движения грунтовой воды (формула Дюпюи).
27. Дифференциальное уравнение неравномерного плавноизменяющегося движения грунтовой воды в цилиндрическом русле. Формы кривой депрессии при плавноизменяющемся движении грунтовой воды в цилиндрическом русле и его интегрирование. Приток грунтовой воды к водосборной галерее, дрене, шахтным колодцам.
28. Совершенный и несовершенный шахтные цилиндрические колодцы для безнапорного движения грунтовой воды. Фильтрационный расчет однородной земляной плотины на непроницаемом основании.
29. Однородная земляная плотина на водопроницаемом основании.
Земляная плотина с ядром и экраном. Фильтрация воды из грунтовых каналов. Турбулентная фильтрация.
30. Резкоизменяющееся установившееся напорное движение грунтовой воды. Напорный фильтрационный поток в основании бетонной плотины. Основные дифференциальные уравнения установившегося движения грунтовой воды. Напорная функция. Потенциал скорости. Линии равного потенциала. Уравнение Лапласа.
31. Линии тока. Функции тока. Гидродинамическая сетка. Общие указания о математическом решении Н.Н.Павловского. Методы технической гидромеханики. Гидродинамическая сетка в случае гидротехнического сооружения.
Раздел 6. Основы гидравлического моделирования 32. Предварительные замечания. Понятия о подобии гидравлических явлений. Основные критерии динамического подобия. Основные указания о моделировании гидравлических явлений. Пи-теорема.
Раздел 7. Двухфазные потоки жидкости 33. Общие сведения о двухфазных потоках. Транспортирующая способность открытых потоков. Гидротранспорт пульпы.
34. Термический режим бьефов гидроузлов. Селективный водозабор.
3.4 Практические занятия Учебным планом не предусмотрено 3.5 Лабораторные занятия Тематика лабораторных работ направлена на закрепление и углубление теоретических знаний, полученных студентами на лекциях. Проверку их на экспериментальных установках, на приобретение навыков работы с оборудованием, аппаратурой и приборами.
Три лабораторные работы выполняются на портативных (настольных) лабораторных установках, а остальные на крупномасштабных моделях в гидравлических лотках.
№ темы дисцип- Наименование лабораторных работ лины 2.2 Изучение структуры потоков жидкости и определение режима 2.2 Иллюстрация уравнения Бернулли. Определение местных потерь 2.4 Определение местных потерь напора и потерь напора по длине 3.1 Изучение процесса истечения жидкости через водосливы. Исследование гидравлического прыжка.
4.2 Исследование сопряжения бьефов ГЭС. Водобойный колодец. 3.6 Самостоятельная работа Самостоятельная работа студентов является основным учебного процесса. По дисциплине «гидромеханика, гидравлика» предусмотрено самостоятельное изучение теоретического курса в объеме 145 часов.
4 УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ материалы по дисциплине 4.1 Основная и дополнительная литература Основная литература:
1. Калекин, А. А. Гидравлика и гидравлические машины [Текст] : учебное пособие / А.А. Калекин. - М. : Мир, 2005. - 512 с. : ил 2. Гудилин, Н.С. Гидравлика и гидропривод: учеб. пособие / Н.С. Гудилин [и др] ; ред. И.Л. Пастоев. - 3-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 520 с.
3. Винников, В. А. Гидромеханика [Текст] : учебное пособие / В.А.
Винников, Г.Г. Каркашадзе. - 3-е изд., стереотип. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 302 с.
4. Изучение структуры потоков жидкости и определение режима течения на крупномасштабной установке: методические указания по выполнению лабораторной работы / сост. В.А. Пахомов. - Саяногорск :
5. Определение местных потерь напора и потерь по длине трубопроводов : методические указания / сост. В.А. Пахомов. - Саяногорск :
6. Гидравлический расчет водосливной плотины : методические указания по выполнению курсовой работы / сост. А.Д. Тернов. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2006. - 43 с.
7. Исследование гидравлического прыжка : методические указания по выполнению лабораторной работы / сост. В.А. Пахомов. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2006. - 12 с.
8. Исследование сопряжения бъефов ГЭС: методические укзания по выполнению лабораторной работы / сост. В.А. Пахомов. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2006. - 12 с.
9. Фильтрация воды через однородную грунтовую плотину. Определение коэффициента фильтрации на приборе Дарси : методические указания по выполнению лабораторных работ №10, 11 / сост. В.А.
Пахомов. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2006. - 12 с.
10. Определение типа кривой свободной поверхности и вычисление ее координат : методические указания по выполнению расчетнографического задания №2 / сост. А.Ф. Тернов, В.А. Пахомов. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2006. - 16 с 11. Измерение гидростатического давления : методические указания / сост. Кропоткин, Тернов, Пахомов. – Саяногорск : СШФ КГТУ, 12. Изучение физических свойств жидкости : методические указания / сост. Кропоткин, Тернов, Пахомов. – Саяногорск : СШФ КГТУ, 13. Иллюстрация уравнения Бернулли. Определение местных потерь напора и потерь напора по длине : методические указания / сост. Кропоткин, Тернов. – Саяногорск : СШФ КГТУ, 2005.
14. Гидравлический расчет сложного незамкнутого технического водопровода : методические указания / сост. Тернов. – Саяногорск : СШФ КГТУ, 2004.
15. Энергетические испытания гидроагрегаторного блока с радиальноосевой турбиной : методические указания / сост. Кропоткие, Тернов.
– Саяногорск : СШФ КГТУ, 2004.
Дополнительная литература:
1. Гуделин М.С и др. Гидравлика и гидропривод, изд-во МГГУ,М, 2. 2.Брызгалов В.И., Гордон Л.А. Гидроэлектростанции: Учеб. Пособие, Красноярск, ИПЦ КГГ, 2002, 88 экз.
3. Башта Г.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М, Машиностроение, 1982, 0 экз.
4. Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений, справочное пособие, М. Энергоатомиздат 1988, 37 экз.
5. Чугаев Р.Р. Гидравлические термины. М.’’Высшая школа’’ 1974г 4.2 Перечень наглядных и других пособий, методических указаний и материалов к техническим средствам обучения В данной дисциплине используются следующие видеофильмы:
1. Виды движения жидкости;
2. Водосливы;
3. Истечение жидкости из отверстий и насадков;
4. Измерение количества и расхода жидкости;
5. Течение жидкости со свободными поверхностями;
6. Струйные течения;
7. Возникновение и структура турбулентности;
8. Характеристики и законы турбулентности;
9. Неустановившееся движение в открытых потоках;
10. Местные гидродинамические сопротивления;
11. Гашение энергии закрученным потоком;
12. Сопрягающие и водобойные сооружения.
«