Основная образовательная программа 23. 03. 03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»



Скачать 185.75 Kb.
Дата15.06.2019
Размер185.75 Kb.
ТипОсновная образовательная программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА И ЛОГИСТИКИ
КАФЕДРА ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ И ТЕХНОЛОГИЙ


ГАЗОДИНАМИКА

Рабочая программа учебной дисциплины

Основная образовательная программа

23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

Владивосток

Издательство ВГУЭС

2015


ББК **.**
Рабочая программа дисциплины «Газодинамика» составлена в соответствии с требованиями ООП для студентов направления 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»на базе ФГОС ВПО.
Составитель: Н.С. Каминский, ассистент кафедры ТПТ.
Утверждена на заседании кафедры транспортных процессов и технологий от 30.06.2011 г., протокол №17.
Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией института транспорта и логистики.

© Издательство Владивостокский

государственный университет

экономики и сервиса, 2015


ВВЕДЕНИЕ

Газовая динамика рассматривает законы движения газа с большими скоростями. В данном курсе рассматривается одномерное движение идеального газа, т. е. элементы газодинамики, а курс для краткости назван «Газодинамика». В курсе даются понятия параметров торможения, зависимость параметров потока (температуры, статического давления, плотности, скорости звука) от скорости движения газа, определения критической скорости, скоростного коэффициента и критерия Маха. Рассматривается движение газа по каналу переменного сечения со звуковой и сверхзвуковой скоростями, явление запирания сопла, условия получения сверхзвуковой скорости. Даются понятия о скачках уплотнения, изменение параметров потока при прохождении газа через скачек, явление детонации. С целью сокращения трудоемкости расчетов вводятся газодинамические функции. Рассматриваются законы движения газа с учетом трения и теплообмена, движение газа с совершением работы и при совершении работы над газом (сжатия в компрессоре). Вышеперечисленные понятия и законы применяются при рассмотрении теории автомобильных двигателей.

Данная программа построена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО к дисциплине «Газодинамика». Рабочая программа разработана на основе учебных планов направления подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов».



  1. Организационно-методические указания

1.1. Цели освоения учебной дисциплины

Целями освоения учебной дисциплины «Газодинамика» являются получение общих сведений о предмете «Газодинамика», основных законов движения газов с большими скоростями, обучение методам расчета параметров потока и явлениям, происходящим в газах. Методам исследования этих движений и умениям пользоваться выведенными зависимостями для расчета реальных аппаратов.



1.2. Место учебной дисциплины в структуре ООП (связь с другими дисциплинами)

Дисциплина «Газодинамика» является частью «Механики жидкости и газа» и продолжает исследование и выявление законов движения газа изложенных в курсе «Гидравлика». Тесно связана с высшей математикой, т.к. основным методом исследования «Газодинамики» является интегрирование дифференциальных уравнений движения жидкости. При рассмотрении вопросов одномерного движения идеального газа применяется упрощение уравнений. Многие вопросы созвучны вопросам, рассматриваемым в курсе «Физика». «Газодинамика» является базой для изучения курса «Теплотехника».

Освоение данной дисциплины необходимо обучающемуся для успешного освоения следующих дисциплин (модулей) ООП для направлений подготовки:

1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения учебной дисциплины

Таблица 1. Формируемые компетенции



Название ООП (сокращенное название ООП)

Блок

Компетенции

Знания/ умения/ владения (ЗУВ)

23.03.03

Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов



Б.2

ОК-3 - готов к кооперации с коллегами, работе в коллективе.

Знания:


вопросы развития ПТБ предприятий в условиях кооперации и специализации производства;

Умения:

работать в коллективе;

применять понятийно-категориальный аппарат;



Владение:

навыками кооперации с коллегами; навыками деловых коммуникаций в профессиональной сфере

`ОК-10 – использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.

Знания:


общие законы и уравнения статики и динамики жидкостей и газов

Умения:

самостоятельно анализировать естественно-научную литературу; использовать методы научного познания в профессиональной области.

Владение:

навыками аналитического и экспериментального исследования основных физических законов и технологических процессов


1.4. Основные виды занятий и особенности их проведения

Общая трудоемкость дисциплины 2 зачетные единицы. При изучении данной дисциплины 17 часов отводится на лекционные занятия, 17 – на практические. Промежуточная аттестация – зачет.

Удельный вес занятий, проводимых в интерактивной форме составляет 30% от общей аудиторной нагрузки.

Подача теоретического материала осуществляется в форме классической лекции. Для понимания лекционного материала бакалавр должен владеть специальной терминологией, которую обучающийся усваивает самостоятельно – перед проведением лекции студент получает задание, заключающееся в работе с литературой по предложенной теме. Знание специальной терминологии облегчает усвоение материала бакалавром, и, дает возможность вовлечь слушателя в учебный процесс путем применения диалога. Средствами активизации выступают отдельные вопросы к аудитории, организация дискуссии. Таким образом, в процессе лекции обеспечивается работа обучающегося совместно с преподавателем.

Практические занятия предусматривают непосредственное участие бакалавра в учебном процессе посредством участия в дискуссии, семинаре, обсуждение результатов практической работы. Семинары и дискуссии построены с использованием метода анализа конкретных ситуаций. То есть, на практическом занятии преподавателем создаются конкретные ситуации, взятые из профессиональной практики. В этом случае от обучающихся требуется глубокий анализ предложенной ситуации и практическое решение поставленной задачи. Этот метод позволяет реализовать множество функций: исследования, изучения, оценки, обучения, воспитания, самооценки и самоконтроля.

Активной формой обучения является практическая работа, в ходе которой перед студентом ставится одна из практических задач, с которой придется столкнуться будущему бакалавру в производственной или научной деятельности.

Входе подготовки к практической работе обучающиеся должны знать основной теоретический материал, цель, содержание и методику ее проведения, правила пользования приборами, технику безопасности. Кроме того, они должны заготовить схемы, таблици, графики, необходимые для выполнения работы.

1.5. Виды контроля и отчетности по дисциплине

Контроль успеваемости осуществляется в соответствии с рейтинговой системой оценки знаний студентов.

Текущий контроль предполагает:

- проверку уровня самостоятельной подготовки студента при выполнении индивидуальных домашних заданий;

- участие студента в дискуссиях по основным моментам изучаемой темы;

- написание и защиту отчетов по практическим занятиям;

Помимо индивидуальных оценок используются групповые и взаимооценки:

- рецензирование студентами работ друг друга;

- оппонирование студентами отчетов по практическим занятиям.

Текущие домашние задания выдаются на практическом занятии. Индивидуальные домашние задания (ИДЗ) выдаются на практических занятиях в начале изучения соответствующих тем.

Промежуточный контроль знаний осуществляется при проведении зачета, который проводится в форме компьютерного тестирования (СИТО). Обязательным условием допуска студента к экзамену является успешное выполнение индивидуальных домашних заданий и аудиторных контрольных работ.

2. Структура и содержание учебной дисциплины

2.1 Темы лекций

Тема 1. «Основные понятия и законы газодинамики» (6 часов).

Задачи газодинамики и методы их решения. Теоретическая основа газодинамики уравнение Навье Стокса. Параметры газа, входящее в уравнение силы действующие в жидкости. Предложения, используемые в газодинамике для прощения уравнения Навье Стокса. Понятие идеального газа, его отличие от реального. Баротропная и бароклинная жидкости. Уравнение Эйлера, представление этого уравнения в форме «Громеко – Ламба». О полной системе уравнений движения жидкости. Начальные и граничные условия. Интегралы Эйлера, Бернулли. Одномерное движение сжижаемого невязкого газа. Различные формы уравнения Бернулли для адиабатического движения сжижаемого газа применительно к трубке тока, связь между скоростью газа, давлением, плотностью и температурой. Применение уравнения неразрывности, состояния адиабаты для получения уравнения Бернулли в различных формах. Скорость распространения малых возмущений в газах. Число Маха (М). Понятие дозвукового, звукового и сверхзвукового режимов движения газа.



Тема 2. «Понятие заторможенного газа» (6 часов).

Понятие о заторможенном газе. Принцип обращенности движения. Параметры заторможенного газа. Их зависимость от критерия (числа) Маха. Интенсивность изменения, температуры, давления, плотности, скорости звука с изменением скорости газа. Критическая скорость и критические параметры. Понятие скоростного коэффициента (приведенной скорости) . Зависимость критических параметров от параметров торможения. Зависимость параметров потока от приведенной скорости и параметров торможения. Связь между критерием Маха М и приведенной скоростью (скоростным коэффициентом). Отличие полного истинного давления, полученного при торможении струй газа, от полного давления, определяемого изэнтропическими формулами. Явление появления ударных волн и волнового сопротивления. Коэффициент сохранения полного давления. Понятие об энтропии. Условия постоянства или возрастания энтропии. Изоэнтропический процесс.



Тема 3. «Истечение газа из бака» (4 часа).

Понятие истечения газа и примеры этого явления из теории двигателей. Скорость истечения. Формула Сен – Венана и Вантцеля. Зависимость скорости истечения от параметров внутри бака и противодавления. Максимальная теоретическая скорость истечения через насадок, поперечное сечение которого вначале уменьшается, а затем возрастает (сопло Лаваля). Связь максимальной скорости с критической. Расход газа через сужающее сопло и постоянство расхода в сопле Лаваля при наступлении кризиса в горле сопла. Простые приближенные формулы для определения расхода воздуха через сопло с площадью горла S. График зависимости отношения площади горла сопла к критической площади и безразмерного расхода газа от критерия Маха. Условие получения сверхзвуковой скорости на выходе из сопла Лаваля. Одномерное стационарное течение газапо трубе переменного сечения. Уравнение Гюгонио. Связь между параметрами одномерного потока идеального газа и площадью сечения, заданной в функции от координаты x. Определение расчетного значения отношения давления на выходе из сопла p’ к критическому давлению p* для определения расчетного режима работы сопла Лаваля в случае сверхзвуковой скорости на выходе.



Тема 4. «Распространение конечных возмущений. Скачок уплотнения» (4 часа).

Понятие о сильных конечных возмущениях. Скорость их распространения. Появление прямого скачка уплотнения. Изменение параметров потока в прямом скачке. Количественная зависимость параметров потока за скачком от параметров потока до скачка. Формула Прандтля. Ударная адиабата Гюгонио. Сравнение ударной адиабаты Гюгонио с изэнтропической адиабатой Пуассона. Выражение коэффициента восстановления давления торможения через приведенный секундный расход. График зависимости коэффициента восстановления давления от критерия Маха. Отношение давления торможения после скачка к статическому давлению до скачка. Формула Рэлея. Мера интенсивности скачка. Скорость распространения ударной волны. Скорость спутного потока за ударной волной. Возрастание энтропии после скачка. Асимптотический закон роста энтропии при прохождении газа сквозь скачки большой интенсивность.

Пример одномерного потока с прямым скачком уплотнения. Элементарная теория сверхзвукового диффузора. Назначение сверхзвукового диффузора, камеры горения и выходной части сопла Лаваля. Выбор режимов работы реактивного двигателя для изменения местоположения скачка.

Измерение до- и сверхзвуковых скоростей пневматическими методами.



Тема 5. «Неизэнтропическое движение газа по трубе при наличии сопротивления трения» (4 часа).

Уравнение, связывающее изменение скорости вдоль трубы постоянного сечения с работой сил трения. Невозможность перехода через скорость звука при воздействии только сил трения. График зависимости параметров газа от приведенной скорости в трубе постоянного сечения при звуковом и сверхзвуковом режимах движения с учетом сил трения. Постоянство температуры торможения, падение давления торможения при М<1 и М>1. Интенсивное падение статического давления плотности, температуры в дозвуковом режиме и их рост при сверхзвуковом режиме. Причины и условия появления скачка уплотнения. Определение места положения этого скачка. Вспомогательные кривые для расчета сверхзвукового потока в трубе постоянного сечения. Выражение работы сил трения через коэффициент трения. Понятие приведенной длины трубы. Зависимость предельного значения скоростного коэффициента в начале трубы от ее длины.



Тема 6. «Движение подогреваемого газа по трубе постоянного сечения» (4 часа).

Уравнение, связывающее изменения скорости движения газа с количеством подведенного тепла при дозвуковом и сверхзвуковом режимах движения газа. Изменение параметров потока с подогревом или охлаждением газа. Тепловой кризис.



Тема 7. «Общие условия перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому и обратно» (4 часа).

Уравнения условия обращения воздействия. Геометрическое (сопло Лаваля), расходное, механическое, тепловое сопла. Изменение параметров газа в указанных соплах. Комбинированные сопла. Полуитаповое сопло, геометрическое сопло с трением, геометрическое сопло с теплообменом.



Тема 8. «Расчет газовых течений с помощью газодинамических функций» (4 часа).

Газодинамические функции связывают термодинамическую температуру, статическое давление, плотность с параметрами торможения. Зависимость газодинамических функций от скоростного коэффициента и критерия М (Маха). Таблицы газодинамических функций. Изменение функций () () () при изменении от нуля до макс. Безразмерная плотность тока – газодинамическая функция q (). Газодинамическая функция y (). Газодинамические функции используемые в уравнениях количества движения функции z (), f (), () и их применение при расчете газовых течений.



2.2. Перечень тем практических занятий

Тема 1. Основные понятия и законы газодинамики (4 часа). 

Тема 2. Понятие заторможенного газа (4 часа).

Тема 3. Истечение газа из бака (4 часа).

Тема 4. Распространение конечных возмущений. Скачок уплотнения (4 часа). 

Тема 5. Неизэнтропическое движение газа по трубе при наличии сопротивления трения (4 часа). 

Тема 6. Движение подогреваемого газа по трубе постоянного сечения (4 часа).

Тема 7. Общие условия перехода от звукового течения к сверхзвуковому и обратно (4 часа).

Тема 8. Расчет газовых течений с помощью газодинамических функций (4 часа).

3. Образовательные технологии

В образовательном процессе используются инновационные технологии обучения (интерактивные занятия): активная дискуссия, семинары в диалоговом режиме, режиме круглого стола, практические работы.

Основные виды занятий:

1. Лекции, на которых дается основной систематизированный материал по курсу «Газодинамика». Лекции вводят учащегося в существо газодинамических проблем.

2. Практические занятия расширяют фактическую база знаний о газодинамических проблемах и путях их решения.

3. Консультации включают помощь при самостоятельном освоении материала.

Для обработки данных, полученных в ходе эксперимента необходимы пакеты программ: Microsoft office, Internet Explorer, или других аналогичных.

4. Методические рекомендации по изучению курса


    1. Перечень и тематика самостоятельных работ студентов по дисциплине

1. По каждой теме курса предусмотрены часы на лекционные занятия и практические, а также на самостоятельные занятия. Студенты, прослушав лекцию, повторяют материал, пытаются решить задачи самостоятельно и на аудиторных занятиях выясняют непонятные моменты решения задач.

2. Для обеспечения контроля знаний в течение семестра студенты предъявляют выполненные практические задания и сдают их на практических занятиях. В семестре проводится тестирование студентов. Вопросы тестирования периодически обновляются.

3. Контрольная работа предполагает выполнение практических заданий по сборнику задач «Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика». Студенты должны для своего варианта, определяемого по последней цифре зачетной книжки, решить 5 задач первых тем курса.


    1. Контрольные вопросы для самостоятельной оценки качества освоения учебной дисциплины.

1. Модель какой жидкости рассматривается в газодинамике?

2. Что является теоретической основой газодинамики?

3. Какие параметры движущегося газа рассматриваются в газодинамике?

4. По какому закону происходит изменение параметров в газодинамике?

5. Какая скорость звука подразумевается в газодинамике?

6. В чем отличие уравнений Эйлера и Бернулли?

7. Когда можно исключить температуру жидкости из рассмотрения в газодинамике?

8. В чем отличие начальных условий от граничных?

9. Как изменяется энтропия при течении невязкого сжимаемого газа?

10. Как оценивается сила тяжести в газодинамике?

11. По каким параметрам можно определить какой газ?

12. Какой газ можно назвать заторможенным?

13. Связана ли скорость звука в газе со скоростью его движения?

14. Как изменяется температура газа при его торможении?

15. Как изменяется статическое давление при торможении газа?

16. Как изменяется плотность газа при его торможении?

17. Как изменяется скорость звука в газе при его торможении?

18. Связаны ли параметры торможения с критическими параметрами?

19. Какие параметры газа выше – критические или торможения?

20. В каких пределах изменяется коэффициент сохранения полного давления?

21. В каких пределах изменяется критерий Маха М и скоростной коэффициент ?

22. Чему равен критерий М и при запирании сопла?

23. Чем объясняется явление запирания сопла?

24. Как связаны максимальная и кретическая скорости истечения газа?

25. Увеличивается ли расход газа через сопло при добавлении расширяющейся части?

26. Вид уравнения состояния?

27. Вид уравнения неразрывности?

28. Какой параметр изменяется в большей степени при торможении газа?

29. С какой скоростью распространяются в газе малые упругие возмущения?

30. Как изменяется скорость газа с изменением площади сечения канала, если М>1?

31. Как изменяется температура торможения в цилиндрической трубе при учете сил трения?

32. Как изменяется местная скорость звука с увеличением скорости движения газа?

33. Как связаны между собой газодинамические функции (), (), Е ()?

34. Как изменяются параметры газа при прямом скачке?

35. Для определения какого параметра газа применяется формула Прантля?

36. Какие параметры торможения не претерпевают разрывы на скачке уплотнения?

37. Как изменяется энтропия при переходе через скачок уплотнения?

38. Какова величина относительного изменения плотности газа в скачке?

39. Какова скорость ударной волны?

40. Какова скорость спутного потока за ударной волной?

41. При каком сжатии ударном или адиабатическом плотность увеличивается в большей степени?

42. Каким способом можно получить сверхзвуковую скорость?

43. Какова величина скорости газа перед прямым скачком?

44. Как изменяется скорость газа в цилиндрической трубе при учете сил трения?

45. Как изменяется скорость газа в цилиндрической трубе при нагреве газа?

46. Как изменяется скорость газа при его сжатии в компрессоре?

47. Как изменяется скорость газа при расширении в турбине?

48. Возможен ли переход через скорость звука подогревом газа?

49. При М<1 добавление расхода газа в канал приводит…?


    1. Методические рекомендации по организации СРС

В учебном пособии. Гидравлические и пневматические системы автотранспортных средств / авт. А.С. Остренко, В.В. Пермяков. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2005. – 284с. / отражены все разделы, приведенные в программе. В соответствии с этим учебным пособием составлен задачник Остренко С.А., Пермяков В.В. Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика: учеб. Пособие. – Владивосток: Издат. ВГУЭС, 2003. – 132с.

В задачнике приведены задачи для десяти вариантов. Эти две книги являются базовыми для данного курса.

Более педробно с применением сложного математического аппарата (тензорное исчисление) вопросы газовой динамики рассмотрены в книге: Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учеб. пособие для студ. вузов, обучающ. по специальности «Механика» / Л.Г. Лойцянский, 7-е изд. испр. – М: Дрофа, 2003. – 840с.

5. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

5.1 Основная литература


  1. Механика жидкости и газа: учебник для студентов вузов, обуч. по техн. направл. подготовки (бакалавриат и магистратура) / А. Д. Гиргидов. - М. : ИНФРА-М, 2014. - 704 с. : ил..

  2. Гидрогазодинамика: учебное пособие для студентов вузов / А. А. Кудинов. - М. : ИНФРА-М, 2011. - 336 с.

5.2 Дополнительная литература

1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. – 4-е изд. / гл. ред. физ. – мат. лит – ры изд – ва «Наука». – М.: 2005. – 88 с.

2. Чёрный Г.Г. Газовая динамика: учебник для универ. и вузов. – М.: Наука, гл. ред. физ. мат. лит – ры, 2004. – 424 с.

3. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: учебник для вузов – М.: Машиностроение, 2004. – 440 с.

4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учеб. пособие для студ. вузов, обучающ. по специальности «Механика» / Л.Г. Лойцянский, 7-е изд. испр. – М: Дрофа 2003. – 840 с.

6. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для качественного проведения лекционных занятий по данной дисциплине используются аудитории, оснащенные мультимедийным оборудованием.


7. Словарь основных терминов

Газовая динамика – раздел механики жидкости, рассматривающий законы движения газа с большими скоростями с учетом сжимаемости жидкости при движении.

Уравнение Навье Стокса – теоретическая основа газодинамики.

Идеальный газ – газ, в котором вязкость равна нулю.

Критерий Маха (М) – отношение скорости движения газа к местной скорости звука.

Скоростной коэффициент () – отношение скорости движения газа к критической скорости.

Критическая скорость движения газа – скорость, равная местной скорости звука.

Максимальная скорость – скорость истечения через сопло при истечении в абсолютный вакуум.

Максимальная сверхзвуковая теоретическая скорость может быть получена при истечении через насадок, поперечное сечение которого вначале уменьшается, а затем возрастает (сопло Лаваля).



Одномерное движение газа – параметры изменяются вдоль одной координаты.

Ударные волны – это сильные возмущения, при которых параметры потока претерпевают конечные разрывы.

Адиабата Пуассона – дает связь между давлением и плотностью при адиабатическом непрерывном движении газа.

Адиабата Гюгонио – дает связь между давлением и плотностью при движении газа со скачками уплотнения.

ОГЛАВЛЕНИЕ




Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница