Гидравлика

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

 

 

Согласовано   _______________________	Утверждаю   ______________________
Руководитель ООП по направлению 190700 доц. В.А. Алексеев	Зав. кафедрой АТПП доц. А.А. Кульчицкий

 

 

 

 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

 

«ГИДРАВЛИКА»

 

Направление подготовки:

190700 Технология транспортных процессов

 

Профиль подготовки:

190700 Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте

 

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

 

Составитель: доцент каф. АТПП О.А.Маринова

 

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

 

1. Цели и задачи дисциплины:

 

Целью изучения дисциплины «Гидравлика» является:

- освоение теоретических основ и расчетных методов для решения задач в области гидравлики и систем гидропневмопривода, необходимых при изучении специальных дисциплин и в инженерной деятельности технологии транспортных процессов.

 

Задачами изучения дисциплины

- изучение основных положений  гидравлики — базовой, фундаментальной части дисциплины, необходимой для понимания теории гидропневмоприводов и гидропневмоавтоматики, широко применяемых в транспортных и погрузочно-разгрузочных средствах.

- овладение общими инженерными методами гидравлических расчетов типовых гидро- и пневмосистем автомобилей и транспортно-складских комплексов.

 

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина «Гидравлика» относится к дисциплинам базовой части профессионального цикла. Она тесно связана с другими общетеоретическими и специальными дисциплинами. Изучение курса основывается на знании студентами высшей математики, физики, теоретической и прикладной механики, деталей машин, - информатики, - начертательной геометрии и инженерной графики, сопротивления материалов.

Знания, полученные студентами при изучении данного курса, применяются при изучении таких специальных дисциплин: «Транспортно-складские комплексы», «Транспортные и погрузочно-разгрузочные средства», «Техника транспорта, обслуживание и ремонт».

 

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать:

- общие законы гидравлики;

- основы гидромеханики напорных систем ( в том числе систем объемного гидропривода), структуры гидро – и пневмоприводов, их конструктивных параметров, связанных с гидромеханическими параметрами энергоносителей (рабочей жидкости, сжатого воздуха).

- применение и значение этих законов в современном машиностроении, в развитии средств автоматизации и комплексной механизации производственных процессов

- последовательность гидравлического расчёта гидравлического привода.

Уметь:

- сформулировать и доказать основные  законы одномерных потоков жидкости  и газа;

- выполнять самостоятельно полный расчет гидравлического привода;

- пояснить методику расчета пневмоопривода при неустановившимся движении:

Владеть:

- общей теорией гидро – и газомеханических процессов в системах гидравлических и пневматических приводов;

- методом творческого подхода при проектировании, гидравлическом расчете и эксплуатации систем гидро–и пневмоприводов.

 

 

 

 

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2  зачетные единицы.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
		3
	72	72
Аудиторные занятия (всего)	34
В том числе:
Лекции	17	17
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)	17	17
Самостоятельная работа (всего)	38
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Контрольная работа
Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к лабораторным работам
Вид промежуточной аттестации (зачет)	зачет	зачет
Общая трудоемкость                                     час                                                                        зач. ед.
	2

 

5. Содержание дисциплины

 

5.1. Содержание разделов дисциплины

 

5.1.1. Введение.

 Предмет и задачи изучения курса «Гидравлика», его место в системе подготовки инженера по технологии машиностроения, инженеров по оборудованию и технологии сварочного производства. Связь курса с общетеоретическими, общеинженерными и специальными дисциплинами учебного плана. Краткая  история развития гидравлики.

 

5.1.2 Физические свойства жидкости. Силы, действующие в жидкостях.

Определение жидкости, её физическая модель. Отличительное свойство жидкости – текучесть. Жидкости несжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). Макроскопическая однородность и изотропность жидкости.

Модель сплошной материальной среды, ее математическое представление. Объемная, поверхностная и массовая плотность распределения физических величин в сплошной среде. Скалярные и векторные поля плотности распределения массы, энергии, количества движения.

Силы и напряжения в сплошной среде. Классификация сил, их определение. Плотность распределения объемных сил. Векторное поле плотности распределения сил тяжести. Поверхностные силы. Нормальные и касательные напряжения. Гидродинамическое давление, градиент давления. Формула Остроградского, выражающая связь между поверхностным интегралом от нормального напряжения, объемным интегралом от градиента давления.

Свойство упругости. Объемный модуль упругости и его значение для капельных и газообразных сред. Скорость распространения упругих деформаций в сплошной среде.

Свойство вязкости. Закон Ньютона о внутреннем трении при плоскопараллельном течении жидкости. Аналогия с законом Гука. Коэффициенты вязкости и их размерность. Зависимость вязкости от температуры и давления. Неньютоновские жидкости.

5.1.3 Законы равновесия жидкостей  и газов

  Определение и задачи гидростатики. Гидростатическое давление. Система дифференциальных уравнений  гидростатики Эйлера и их интегрирование при равновесии однородной несжимаемой жидкости в поле действия объемных и поверхностных сил, сил инерции и при отсутствии действия объемных сил. Манометрическое давление и статический вакуум.

Гидростатический парадокс. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Статическое давление жидкости на твердые поверхности и в замкнутых объемных. Закон Архимеда. Потенциальная энергия и гидростатический напор покоящейся жидкости.

 

5.1.4 Основы кинематики 

Определение, задачи и методы кинематики. Силы, обусловливающие движение жидкости и газа. Задание кинематических характеристик движения по Лагранжу и Эйлеру.

Условие непрерывности движения сплошной среды. Приложение закона сохранения массы к механике сплошной среды. Дифференциальное уравнение неразрывности движения сплошной среды и его физический смысл.

Струйная модель движения – основа гидравлики. Векторное поле скоростей, заданное по Эйлеру, и его упорядочение. Стационарное, нестационарное (неустановившееся) движение. Линии тока и траектории. Внешние и внутренние течения. Трубка тока и струйка тока. Объемный расход. Интегральное уравнение неразрывности движения вдоль струйки тока.

Модель одномерного течения. Средняя скорость. Уравнение баланса расхода.

Понятие об ускорении при движении сплошной среды. Ускорение как полная (субстанциональная) производная от вектора скорости по времени при движении сплошной среды, заданного полем скоростей по Эйлеру. Локальная и конвективная составляющие ускорения и их физический смысл.

 

5.1.5 Общие законы и уравнения  динамики жидкостей и газов

Дифференциальные уравнения движения идеальной сплошной среды. Понятие об идеальной сплошной среде. Граничное условие для потока на твердой стенке. Закон сохранения количества движения и его приложение к движению идеальной сплошной среды. Дифференциальные уравнения движения, их физический смысл.

Уравнения Бернулли. Преобразование дифференциальных уравнений Эйлера для стационарного движения несжимаемой жидкости в поле объемных сил, имеющих потенциал. Интегрирование уравнения вдоль линии тока. Интеграл Бернулли как первый интеграл движения, его физический смысл.

Распространение интеграла Бернулли на струйку тока идеальной сплошной среды при движении в поле сил тяжести.

. Потенциальный и скоростной напор в сечении струйки тока, диаграмма уравнения Бернулли. Уравнение Бернулли в единицах объемной плотности механической энергии.

Гидравлические уравнения. Гидравлическое уравнение Бернулли для одномерного потока вязкой жидкости. Значения потенциального и скоростного напора в поперечном сечении потока. Коэффициент кинетической энергии. Баланс напоров для двух сечений потока. Потеря напора. Общий вид гидравлического уравнения Бернулли и примеры его применения.

Гидравлическое уравнение количества движения. Приращение количества движения вдоль струйки тока и вдоль потока жидкости. Коэффициент количества движения. Выражение импульса внешних сил. Общий вид гидравлического уравнения количества движения и примеры его применения.

Элементы теории гидродинамического подобия. Критерии подобия Ньютона, Эйлера, Рейнольдса, Фруда.

Моделирование гидравлических явлений.

 

5.1.6. Гидравлические напорные системы 

Работа, энергия и мощность потока вязкой жидкости. Затраты энергии на работу сил трения и диссипацию (рассеяние). Гидравлическое сопротивление инерционное, вязкое и инерционно – вязкое, сопротивление по длине потока.

Структуры потоков жидкости. Ламинарное и турбулентное течения. Число Рейнольдса и его критические значения. Напорное и безнапорное течения. Течения: равномерное, неравномерное, резкоизменяющееся. Гидравлическое уравнение равномерного движения. Кавитационное течение.

Потери напора. Потери напора по длине. Расчетная формула Вейсбаха-Дарси. Гидравлические коэффициенты потерь напора, коэффициент гидравлического трения и общий вид их функциональных зависимостей.

Основные виды местных сопротивлений. Местные потери напора. Расчетная формула Вейсбаха. Коэффициент местных потерь. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Резкое расширение и резкое сужение потока. Течения в диффузорах, конфузорах, коленах. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса.

Определение гидравлической напорной системы. Применение на практике различных гидравлических напорных систем. Составные элементы гидравлических напорных систем. Основная гидравлическая характеристика напорной системы.

Неустановившее напорное движение в трубопроводах. Гидравлический удар. Неустановившееся напорное движение при работе гидроцилиндра. Учет сил инерции. Гидравлическое уравнение баланса энергии при неустановившемся движении. Инерционный напор. Явление гидравлического удара. Уравнение Жуковского для давления жидкости при гидравлическом ударе. Скорость распространения упругих деформаций. Неполный гидравлический удар. Защита систем от гидравлического удара.

Параметры состояния газа. Простейшие термодинамические процессы. Массовый расход газового потока. Установившееся изотермическое давление газа в трубопроводах, скорость звука и критическое отношение давлений,  весовой расход газа.

Истечение газа из резервуара при адиабатном (изоэнтропном) процессе, критическая скорость истечения, подкритическая и надкритические области истечения, число Маха.

Истечение газа из резервуара в трубопровод при политропном процессе с учетом гидравлического сопротивления трубопровода.

 

5.1.7 Гидравлические и пневматические  системы. Классификация гидро- и пневмапередач, области их применения

Объемный гидравлический привод. Определение, назначение, принцип действия. Основные рабочие параметры гидропривода. Достоинства и недостатки гидропривода при сравнении с механическими, электрическими и пневматическими приводами..