Программа дисциплины сд. Ф. 8 Динамика жидкости и газa направление 140300 «Ядерная физика и технологии» для студентов специальности 140305 Ядерные реакторы и энергетические установки
| скачать Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию  ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)
^ СД.Ф.8 ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗA направление 140300 «Ядерная физика и технологии» для студентов специальности 140305 ^ Форма обучения: очная Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме в соответствии с учебным планом
Обнинск 2008 Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 140305 Ядерные реакторы и энергетические установки (группа Р). Программу составил: ___________________ Чусов Игорь Александрович, доцент, к.т.н. Программа рассмотрена на заседании кафедры Теплофизика (протокол № __ от ________________2008 г.) Заведующий кафедрой Теплофизика ___________________ Е.Ф. Авдеев “____”_____________ 2008 г. СОГЛАСОВАНО
^ Курс «Динамика жидкости и газа» с одной стороны является специальным курсом, в котором дается систематическое изложение основ механики жидкости и газа в установленном объеме, с другой - по сложившейся традиции его чтения в ИАТЭ, в нем реализуется практическая направленность, учитывающая профиль подготовки по специальности «Ядерные реакторы и энергетические установки». Ввиду взаимозависимости процессов теплообмена и гидродинамики в теплоносителях, курс предшествует и является необходимой основой для изучения курсов «Энергооборудование ЯЭУ» и «Теплогидравлический расчет активных зон ядерных реакторов». ^ В результате изучения дисциплины студент должен знать: термины и определения в области динамики жидкости и газа; дифференциальные уравнения гидрогазостатики, их общее решение и частные случаи; знать методику определения сил действующую на плоские и криволинейные поверхности; классификацию сил, действующих в жидкости; физический смысл компонент тензора напряжений, общность свойств давления в покоящейся и идеальной жидкости; уравнение динамики в напряжениях; уравнение неразрывности движения; уравнение баланса энергии; объемный и массовый расходы, живое сечение и гидравлический радиус; понятие средней скорости; интенсивность вихревой трубки и ее связь с циркуляцией скорости; кинематику турбулентных течений; критерий Рейнольдса; интеграл Бернулли - как частное решение уравнений движения; уравнение энергии; связь энтальпии с функцией давления в адиабатических процессах; тепловая форма интеграла Бернулли; сопротивление давления; распределение давления вне и внутри плоского вихря. кризис сопротивления плохо обтекаемых тел; сопротивление давления при обтекании пластины; сопротивление давления при обтекании профиля в решетке профилей. одномерное течение газа. понятие скорости звука и числа М, критическая скорость газа; обобщенная гипотеза Ньютона о связи тензора напряжений и тензора скоростей деформаций; уравнение Навье - Стокса и баланса энергии; диссипация механической энергии и теплообразование; неизотермическое движение газа по трубе при наличии сопротивления; переход ламинарного течения в турбулентное; критическое число Рейнольдса; гипотезы турбулентности; коэффициент “турбулентной вязкости” и его отличие от коэффициента молекулярной вязкости; гипотезы турбулентности Буссинеска, Прандтля, Кармана; перенос тепла и вещества при турбулентном движении; понятие о подобии гидромеханических процессов; физическое представление о пограничном слое; уравнения ламинарного пограничного слоя Л. Прандтля; понятие о температурном и диффузионном слое; характерные толщины в пограничном слое; переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный; факторы влияющие на переход; методы управления пограничным слоем; расчет турбулентного пограничного слоя на гладкой и шероховатой пластине на основе интегрального соотношения Кармана; свободный пограничный слой; Классификация струй. уметь: рассчитывать потери на трение и местные сопротивления в элементах трубопроводов; определять режим течения жидкости или газа; использовать в практических расчетах уравнение Бернулли; выполнять гидравлическое профилирование активной зоны реакторной установки с водяным и газовым теплоносителем; рассчитывать минимальную мощность насоса на прокачку теплоносителя в первом контуре реакторных установок; вычислять расход теплоносителя в первом контуре реакторной установки при его разгерметизации; иметь навыки: в использовании основных инструментальных средств входящих в состав экспериментальных стендов и установок: 1) при измерениях расходов воды и газа с использованием приборов переменного перепада давления (труб Вентури и диафрагм), трубки Пито-Прандтля, электромагнитных расходомеров; 2) в измерении избыточного, статического, вакуумметрического давления с использованием механических и электронных манометров; 3) в расчете расходов воды и газа; 4) осуществлять перевод давлений, расходов и температур из одной системы единиц в другую; 5) определять величину расхода при истечении из насадков различной формы; 6) рассчитывать величину потерь давления на трение и преодоление местных сопротивлений; 7) в определении числа Рейнольдса при заданном режиме течения воды или газа. ^ 3.1. Лекции Тема 1. Введение Роль курса в подготовке инженеров физиков - теплоэнергетиков. Аксиоматика механики жидкости и газа. Смысл и значение основных предположений жидкой и газообразной среды сплошности и легкой подвижности. Границы применимости законов движения жидкости к газу (2 час). ^ Дифференциальные уравнения гидрогазостатики, их общее решение и частные случаи. Относительное равновесие. Определение сил на плоские и криволинейные поверхности (4 часа). ^ Особенности классификации сил, действующих в жидкости. Физический смысл компонент тензора напряжений, общность свойств давления в покоящейся и идеальной жидкости. Уравнение динамики в напряжениях. Уравнение неразрывности движения. Уравнение баланса энергии (4 часа). ^ Метод Эйлера. Задания движения. Полное ускорение. Разложение движения на квазитвердое и деформационное. Понятие трубки тока и вихревой трубки, их свойства. Объемный и массовый расходы, живое сечение и гидравлический радиус. Понятие средней скорости. Интенсивность вихревой трубки и ее связь с циркуляцией скорости. Кинематика турбулентных течений. Критерий Рейнольдса. Понятие и физический смысл функции тока. Уравнения линий тока через функцию тока. Потенциальные плоские течения. Характеристическая функция течения и примеры простейших течений (4 часа). ^ Основные уравнения. Интеграл Бернулли - как частное решение уравнений движения. Уравнение энергии. Связь энтальпии с функцией давления в адиабатических процессах. Тепловая форма интеграла Бернулли. Примеры применения интеграла Бернулли. Сопротивление давления. Распределение давления вне и внутри плоского вихря. Сопротивление давления при бесциркуляционном и циркуляционном обтекании цилиндра. Кризис сопротивления плохо обтекаемых тел. Сопротивление давления при обтекании пластины. Сопротивление давления при обтекании профиля в решетке профилей. Одномерное течение газа. Понятие скорости звука и числа М, критическая скорость газа. Связь термодинамических параметров в каналах переменного сечения с числом М. Прямой скачок уплотнения. Связь термодинамических параметров перед и за прямым скачком (4 часа). ^ Основные уравнения. Зависимость вязкости от температуры и давления. Обобщенная гипотеза Ньютона о связи тензора напряжений и тензора скоростей деформаций. Уравнение Навье - Стокса и баланса энергии. Диссипация механической энергии и теплообразование. Неизотермическое движение газа по трубе при наличии сопротивления. Переход ламинарного течения в турбулентное. Критическое число Рейнольдса. Гипотезы турбулентности. Коэффициент “турбулентной вязкости” и его отличие от коэффициента молекулярной вязкости. Гипотезы турбулентности Буссинеска, Прандтля, Кармана. Перенос тепла и вещества при турбулентном движении. Понятие о подобии гидромеханических процессов. Числа и критерии подобия. Число М как один из критериев подобия для течения сжимаемой среды. Связь числа Эйлера с числом Рейнольдса. Принципы моделирования (4 часа). ^ Основные свойства плавноизменяющихся движений. Обобщение интеграла Бернулли. На поток конечных размеров. (Уравнение Бернулли для потока). Природа гидравлических сопротивлений. Вычисление местных сопротивлений. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса. Ламинарное движение в каналах. Распределение скоростей и законы сопротивления. Применение теории “пути смешения” Прандтля к расчету турбулентного течения в круглой трубе. Распределение скоростей и законы сопротивления в гидравлически гладких и шероховатых трубах. Особенности течения на начальных участках каналов. Сопротивление пучка стержней при их продольном обтекании. Профилирование расходов и определение сопротивлений по кассетам (каналам) ядерного реактора. Сопротивление пучка стержней при их поперечном обтекании. Определение минимальной мощности насоса, необходимой для перекачки теплоносителя по разветвленной или кольцевой сети. Прямой и непрямой гидравлический удар в трубах. (4 часа) ^ Физическое представление о пограничном слое. Уравнения ламинарного пограничного слоя Л. Прандтля. Понятие о температурном и диффузионном слое. Характерные толщины в пограничном слое. Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Факторы влияющие на переход. Методы управления пограничным слоем. Расчет турбулентного пограничного слоя на гладкой и шероховатой пластине на основе интегрального соотношения Кармана. Свободный пограничный слой. Классификация струй. Структура и закономерности затухания плоских и круглых струй в затопленном пространстве и в спутном потоке. Структура плоской ограниченной струи. Перенос тепла и вещества в струях. Системы струй. Применение струйных расчетных моделей в задачах ядерной энергетики (4 часа). ^ Режимы течения и структура двухфазных потоков. Критерий устойчивости режимов течения газожидкостных систем. Уравнения сохранения одномерного течения газожидкостной смеси. Определение критического расхода вскипающего теплоносителя и параметров его состояния при разгерметизации реакторного контура. Особенности определения местных сопротивлений и сопротивления трения в двухфазном потоке необогреваемых и обогреваемых каналов. Сопротивление при продольном течении пароводяной смеси вдоль пучка стержней. Особенности структуры двухфазного пограничного слоя. Образование пленок, режимы их течения и распад. Причины эрозионного износа лопаток турбин. Причины возможного “запирания” каналов при течении жидкости с пузырьками газа. Понятие о тепловых скачках, скачках конденсации в двухфазном потоке (4 часа). ^
^
^ Курсовая работа на тему: “Расчет параметров теплоносителя при разгерметизации сосудов высокого давления”. ^ Текущий контроль знаний осуществляется при защите лабораторных работ, начиная с третьей недели семестра.
^ Плоские сверхзвуковые течения. Течение Прандтля-Майера. Предельные углы поворота потока. Нерасчетные режимы работы сопла Лаваля. Контроль за выполнением самостоятельной работы осуществляется на лабораторных работах. ^ 4.1.1. Основная литература
^
^ 1. Расчетно-графическая программа Meduza, являющая комплексом по сбору, первичной обработке и хранению экспериментальных данных полученных в результате проведения теплогидравлических опытов. 2. Расчетно-графическая программа Galiaf, являющая комплексом по управлению режимами течения теплоносителя, системой сбора и первичной обработки экспериментальных данных, графическим комплексом представления данных в реальном времени, архиватором измеренных величин на стенде “Циркуляционная петля”. 3. Имеется кинофильм о гидравлическом ударе в трубах. 5. Материально-техническое обеспечение дисциплины Препараторская кафедры “Теплофизика”, Помещение 2-216 – Лаборатория “Механика жидкости и газа”. Экспериментальные стенды:
Экспериментальные установки: 8 установок в лаборатории “Механика жидкости и газа”
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: Разместите кнопку на своём сайте или блоге: