ПРОГРАММА СПЕЦКУРСА

«СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОДИНАМИКИ И ПЕРЕНОСА»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цель преподавания дисциплины заключается в приобретении студентами дополнительных знаний и навыков, позволяющих осуществлять описание гидродинамических процессов и процессов переноса тепла и массы на более высоком уровне, основанном на дифференциальных уравнениях и их решениях.

Задачи изучения дисциплины.

- дать студентам представления о точных современных способах описания течений жидкостей и газов и процессов переноса в них,

- привить умение использовать полученные знания для расчетов характеристик потоков жидкостей и газов,

- привить навыки работы с измерительной аппаратурой и экспериментальными установками по определению характеристик гидрогазодинамических потоков.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

знать:

- способы описания процессов в жидкостях и газах на основе дифференциальных уравнений;

- дифференциальные уравнения неразрывности, Эйлера, Навье-Стокса, конвективного тепло- и массопереноса и их граничные условия;

- методы решения дифференциальных уравнений механики жидкости и газа;

- основные результаты решения этих уравнений и закономерности течений жидкости и газа.

уметь:

- описывать гидродинамические процессы и процессы переноса энергии и массы с помощью дифференциальных уравнений;

- решать дифференциальные уравнения механики жидкости и газа и конвективного переноса применительно к конкретным задачам;

- анализировать полученные результаты и представлять их в виде критериальных зависимостей.

иметь представление о:

- неньютоновских жидкостях, методах их описания и основных свойствах их течений;

- магнитной гидродинамике;

- течениях многофазных жидкостей (суспензий, эмульсий, газожидкостных потоков).

Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины:

Физика (механика, молекулярная физика), Математика (дифференциальное и интегральное исчисление, математический анализ, дифференциальные уравнения), Термодинамика, Механика жидкости и газа

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел1. Основные принципы течений жидкостей и газов

Тема 1. Основные методы описания течений жидкостей и газов.

Метод Лагранжа и метод Эйлера. Поля скорости, давления, плотности и температуры. Ускорение жидкой частицы в методе Эйлера. Полная или субстанциональная производная.

Тема 2. Первая теорема Гельмгольца.

Особенности движения деформируемой жидкой частицы. Деформационная составляющая скорости. Тензор скоростей деформаций. Физический смысл компонент тегнзора скоростей деформаций.

Тема 3. Силы, действующие в жидкости.

Силы массовые и поверхностные. Тензор напряжений. Физический смысл компонент тензора напряжений.

Раздел 2. Законы сохранения. Основные дифференциальные уравнения механики жидкостей и газов

Тема 4. Закон сохранения массы при течении жидкостей и газов.

Дифференциальное уравнение неразрывности. Уравнение неразрывности для несжимаемой жидкости.

Тема 5. Закон сохранения импульса.

Дифференциальное уравнение движения жидкостей и газов в напряжениях. Уравнения движения Эйлера невязкой жидкости.

Тема 6. Уравнения Навье-Стокса.

Вязкие напряжения в жидкостях и газах. Тензор вязких напряжений. Обобщенный закон вязкого трения Ньютона. Уравнение движения вязкой ньютоновской жидкости. Граничные условия.

Тема 7. Уравнения переноса в жидкостях и газах.

Дифференциальное уравнение конвективного переноса теплоты. Закон Фурье.

Дифференциальное уравнение конвективного переноса массы. Закон Фика.

Граничные условия.

Тема 8. Теория подобия для жидкостей газов.

Обезразмеривание дифференциальных уравнений механики жидкостей и газов. Основные критерии подобия гидромеханических процессов и процессов переноса: число Рейнольдса, число Эйлера, число Прандтля, число Пекле, число Нуссельта, число Маха.

Раздел 3. Основные решения дифференциальных уравнений механики жидкостей и газов.

Тема 9. Звук.

Волновое уравнение для звуковой волны. Скорость звука. Соотношения между амплитудами параметров в звуковой волне. Гидравлический удар.

Тема 10. Интегралы уравнения Эйлера.

Уравнение Эйлера в форме Громека-Ламба. Интегралы Коши-Лагранжа.и Бернулли.

Тема 11. Течение жидкости в круглой трубе (течение Пуазейля).

Профиль скорости, расход, потери давления.

Тема 12. Течение жидкости в канале с движущимися границами. Течение Куэтта.

Тема 13. Течение жидкости со свободной поверхностью. Плоскопараллельное пленочное течение.

Тема 14. Описание турбулентных потоков.

Основные особенности турбулентных потоков. Уравнения Рейнольдса для турбулентных потокв.

Тема 15. Волновые процессы в жидкостях.

Поверхностные волны. Капиллярные волны. Неустойчивость тангенциального разрыва.

Тема 16. Естественная тепловая конвекция.

Конвективное течение в вертикальной щели.

УЧЕБНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика / Б.Т.Емцев. - М.: Машиностроение, 1987. – с.

2. Дейч М.Е. Гидрогазодинамика / М.Е.Дейч, А.Е.Зарянкин. - М.: Энергоатомиздат, 1984. – 384 с.

3. Самойлович Г.Е.. Гидроаэромеханика / Г.Е.Самойлович. - М.: Машиностроение, 1980. – с.

4. Повх И.Л.. Техническая гидромеханика / И.Л.Повх. - Л.: Машиностроение, 1976. – 504 с.

Дополнительная:

5. Прандтль Л. Гидроаэромеханика / Л.Прандтль. – Ижевск.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. – 576 с.

6. Ландау Л.Д. Гидродинамика / Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц. – М.: Наука, 1986. – 736 с.

7. Баштовой В.Г. Гидрогазодинамика: лабораторный практикум / В.Г.Баштовой, А.Г.Рекс. – Минск: БНТУ, 2007. - 76 с.

8.Баштовой В.Г. Методические указания к курсовой работе по курсу "Гидрогазодинамика" / В.Г.Баштовой. – Минск: БПИ, 1985.

9. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И..Идельчик.. – М.: «Машиностроение», 1975. – 559 с.

10. Вильнер Я.М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам / Я.М. Вильнер, Я.Т. Ковалев, Б.Б. Некрасов. - Мн.:Вышэйшая школа, 1976. – 416с.

11. Шульман З.П. Конвективный тепломассоперенос реологически сложных жидкостей / З.П.Шульман. -М.: Энергия, 1975.