Вопросы к контрольным работам

Общие методические указания

 

Основной целью изучения курса гидрогазодинамики является получение студентами совокупности знаний и навыков, необходимых для выполнения специальных гидродинамических расчетов, а также овладение основными методами решения гидрогазодинамических задач энергетики теплотехнологии.

Руководствуясь программой курса студенты заочники самостоятельно изучают материалы учебников и учебных пособий и выполняют письменные контрольные работы. В период экзаменационной сессии по наиболее сложным вопросам преподаватели читают лекции.

Курс гидрогазодинамики рекомендуется изучать в последовательности, указанной в программе. При самостоятельной работе над учебником необходимо добиваться отчетливого представления о физической сущности изучаемых явлений и процессов. При изучении каждого раздела рекомендуется составлять конспект, который будет полезен при повторении материала.

При изучении теоретического материала, как и при решении задач, необходимо обращать внимание на единицы величин, с которыми производятся математические операции.

Следует помнить, что проверка единиц в процессе расчетов помогает выявить допущенные ошибки. Надо также учесть, что единица всяко величины, как правило, отражает ее физический смысл.

После изучения теоретического материала темы необходимо разобраться с помощью учебника или задачника с методикой решения задач и после этого приступить к выполнению контрольных работ.

При изучении курса гидрогазодинамика студенты – заочники выполняют две контрольные работы, каждая из которых состоит из теоретического вопроса и двух задач.

 

Программа к разделам курса.

 

Тема 1. Введение

 

Вводные сведения; предмет науки, связь гидрогазодинамики с математическими, естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами.

Основные физические свойства жидкости и газов. Силы действующие в жидкости. Нормальные и касательные напряжения. Закон внутреннего трения Ньютона. Вязкость жидкости и газов. Понятие о ньютоновских и неньютоновских жидкостях.

 

Тема 2. Дифференциальные уравнения

Движения вязкой жидкости

 

Объемный и массовый расходы жидкости. Дифференциальное уравнение неразрывности (сплошности) потока как математическое выражение закона сохранения массы.

Дифференциальные уравнения Навье–Стокса как математическое выражение закона сохранения количества движения.

 

Тема 3. Статика жидкости и газа

 

Дифференциальные уравнения равновесия жидкости Эйлера как частный случай уравнений Навье–Стокса. Основное уравнение гидростатики; его практические приложения.

 

Тема 4. Динамика идеальной жидкости

 

Уравнение Бернулли; его практические приложения. Полное и динамическое давления.

 

Тема 5. Подобие гидромеханических процессов

Теорема подобия. Определяющие и определяемые критерии подобия. Физический смысл чисел Эйлера, Рейнольдца, Фруда, Архимеда.

 

Сопротивление тел, обтекаемых вязкой жидкости

Понятие о ламинарном и турбулентном движении жидкости и газа. Гидро- и аэродинамические сопротивления при течении жидкости и газа в трубах, местные сопротивления. Сопротивление тел при внешнем обтекании. Сопротивление пучков труб.

Расчет газовых трактов промышленных печей и парогенераторов. Влияние неизотермичности потока на сопротивление газохода. Расчет тяги дымовой трубы.

 

Тема 7. Динамика вязкой жидкости

Дифференциальное уравнение Навье-Стокса. Плоское (двумерное) движение идеальной жидкости; ламинарный пограничный слой; дифференциальное уравнение пограничного слоя. Пограничный слой на криволинейной поверхности. Явление отрыва пограничного слоя.

Одномерные потоки вязкой жидкости и газов. Ламинарное течение жидкости в каналах и трубах. Параболическое распределение скорости при ламинарном течении в плоском канале и в трубах.

 

Тема 8. Турбулентное движение жидкости и газа

 

Основные статические характеристики турбулентности. Уравнения Рейнольдса для турбулентного потока. Структура турбулентного пограничного слоя; вязкий подслой.

 

Тема 9. Струйные течения жидкости и газа

Затопленные струи жидкости и газа. Структура течения и расчетные зависимости. Подобие профилей скорости, концентрации вещества и температуры. Учет неизотермичности струй. Аэродинамика горения топлива.

 

Тема 10. Двухфазные течения

Особенности двухкомпонентных и двухфазных течений; взаимодействие на границе раздела фаз.

Движение газа через слой жидкости. Гидродинамические режимы пленочного течения жидкостей.

Основные характеристики и гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя. Скорости начала псевдоожижения, витания и начала уноса. Пневмо- и гидротранспорт зернистых материалов.

 

Методические указания к выполнению контрольных работ.

 

При изучении курса гидрогазодинамики студенты – заочники выполняют две контрольные работы, каждая из которых состоит из теоретического вопроса и двух задач.

Ответ на теоретический вопрос должен быть полным с описанием физической сущности процесса, с использованием формул, схем примеров.

Решение задач предусматривает не только определение цифрового значения ответа, но его осмысления, т.е. краткого пояснения где и в каком виде встречаются такие задачи на практике.

Теоретический вопрос и задачи должны соответствовать номеру варианта.

Номер варианта выбирают по таблице вариантов в зависимости от двух последних цифр учебного шифра (две последние цифры номера зачетной книжки). Если это число больше 49, то из него вычитают 50 и по полученному числу находят номер варианта.

 

Таблица вариантов

№ варианта	Контрольная работа ч. I		Контрольная работа ч.2
	Номера задач	Номера вопросов	Номера задач
1	2	3	4
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41	0                30 1                31 2                32 3                33  4                34  5                35  6                36  7                37  8                38  9                39 10               40 11               41 12               42 13               43 14               44 15               45 16               46 17               47 18               48 19               49 20                 10 21               14 22               17 23               16 24               12 25               15 26               18 27               11 28                1 29               13 30               10 31               11 32               12 33               13 34               14 35               15 36               16 37               17 38               18 39               19 40                0 41                1	10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 20 24 10 25 23 14 21 19 24 25 26 4 14 12 15 17 19 21 23 25 26 11 13 16 18 20 5 7 9 8 1 2	0  40  1  41  2  42  3  43  4  44  5  45  6  46  7   47  8  48  9     49 10 30 11 31  12 32 13 33 14 34 15 35 16 36 17 37 18 38 19 39 20  0 21  1 22  2 23  3 24  4 25  5 26  6 27  7 28   8 29   9 30  40 31  41 32  42 33  43 34  44 35  45 36  46 37  47 38  48 39  49 40  39 41   9

Окончание табл.

1	2	3	4
42 43 44 45 46 47 48 49	42                2 43                3 44                4 45                5 46                6 47                7 48                8 49                9	3 4 5 6 7 8 9 10	42         38 43         8 44      37 45       5 46        33 47      4 48       30 49           6

 

Вопросы к контрольным работам.

1.  Основные физические свойства жидкостей и газов.

2.  Закон внутреннего трения Ньютона. Кинематическая и динамическая вязкость.

3.  Уравнения расхода и равнения неразрывности (сплошности потока) в различных формах. Практическое применение.

4. Дифференциальные уравнения Эйлера для покоящихся жидкостей как частный случай уравнений Навье- Стокса.

5.  Основное уравнение гидростатики физический и энергетический смысл и барометрические формулы. Закон Паскаля.

6.  Практическое применение основного уравнения гидростатики при проектировании оборудования.

7.  Режимы движения жидкости. Ламинарное течение в трубах. Распределение скоростей по сечению. Соотношение средней и максимальных скоростей. Ламинарный пограничный слой.

8.  Режимы движения жидкости. Турбулентное течение в трубах. Распределение скоростей по сечению. Влияние турбулентности потока на интенсивность гидромеханических и др. процессов..

9.  Уравнение Навье – Стокса для вязкой жидкости жидкости.

10.  Уравнение Эйлера для движущейся жидкости, как частный случай уравнения Навье – Стокса.

11.  Уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости. Его физический и энергетический смысл.

12.  Уравнение Бернулли для реальной жидкости адиабатного и изотермического движения газа. Его физический и энергетический смысл.

13.  Практическое применение уравнений Бернулли при измерении расхода жидкости расходомерами.

14.  Основы подобия гидромеханических процессов. Теоремы подобия. Числа и критерии подобия.

15. Гидравлические сопротивления, их природа и классификация. Рассчетные формулы.

16.  Гидравлический коэффициент трения и коэффициенты местных сопротивлений. Их зависимость от параметров потока.

17.  Отверстия и водосливы. Расчетные формулы.

18.  Гидравлические сопротивления трения. Уравнение Дарси – Вейсбаха. Зависимость коэффициента трения от шероховатости трубы и критерия Re.

19.  Параметры псевдоожиженного слоя. Зависимость соотношения сил гидравлического сопротивления от скорости газа.

20.  Виды двухфазных и многофазных потоков. Классификация дисперсных систем. Объемная и массовая концентрации твердой фазы. Общая характеристика транспорта частиц.

21.  Гидродинамика «кипящего» слоя. Основные расчетные зависимости.

22.  Критическая скорость и формулы для ее определения при различных числах Рейнольдса (для двухфазных потоков).

23.  Скорость витания и формулы для ее определения при различных числах Рейнольдса.

24.  Понятия о фильтрации и псевдоожиженном слое. Основные закономерности псевдоожиженного слоя.

25.  Двухфазные газожидкостные потоки. Режимы движения двухфазных потоков. Пределы существования отдельных режимов.

26.  Гидравлические струи их характеристика. Свободная затопленная струя. Ее структура.

 

Задачи к