Механіка рідин та газів

Мета вивчення дисципліни: Метою вивчення дисципліни «Механіка рідин та газів» є отримання ґрунтовних знань з гідравліки і аеродинаміки, формування вміння використовувати отримані знання для аналізу гідравлічних систем у машинобудівній галузі.
Навчальна дисципліна «Механіка рідин та газів» спрямована на формування у здобувачів базових знань про закономірності руху та взаємодії рідин і газів, що є критично важливими для проєктування, керування та діагностики роботизованих систем у гідравлічних, пневматичних та аеродинамічних середовищах. Особлива увага приділяється аналізу гідро- та пневмоприводів, потоків у каналах і трубопроводах, опорах середовища та силовій взаємодії потоків із елементами роботизованих конструкцій.
Отримані знання та навички становлять теоретичну основу для розроблення та експлуатації робототехнічних комплексів, що працюють у рідинних і газових середовищах, з підвищеними вимогами до точності, надійності та енергоефективності.
Практичне значення та використання отриманих знань. Навчальна дисципліна «Механіка рідин та газів» сприяє впровадженню найсучасніших досягнень науки у сфері проектування та розрахунку машин та технологічного обладнання. Фактичний матеріал навчальної дисципліни розкриває закони гідравліки. Знання цих законів є необхідними для розуміння технологій, що використовуються у галузевому машинобудуванні.
Тематика та види навчальних занять
Для денної форми здобуття освіти
Лекційні заняття
Лекція 1. Сили, що діють у рідині. Нормальні та дотичні напруження. Гідростатичний тиск та його властивості. Краплинні рідини і гази. Фізичні властивості рідини. Густина, в’язкість, стисливість. Моделі ідеальної та в’язкої рідини.
Лекція 2. Гідростатика. Диференціальні рівняння Ейлера для гідростатики. Основне рівняння гідростатики. Сили гідростатичного тиску, які діють на пласку та циліндричну стінку. Абсолютний та надлишковий тиск. Тіла тиску. Закон Архімеда.
Лекція 3. Кінематика рідини. Локальне та конвективне прискорення. Лінія та трубка течії, елементарна струминка. Рівняння нерозривності у диференціальній формі. Рівняння нерозривності для елементарної струминки. Поняття об’ємної і масової витрати. Вихровий та потенціальний рух рідини.
Лекція 4. Динаміка ідеальної рідини. Диференціальні рівняння Ейлера для динаміки ідеальної рідини. Загальний інтеграл Бернуллі. Рівняння Бернуллі для струминки ідеальної рідини. Фізичний те геометричний сенс рівняння Бернуллі. Напірна і п’єзометрична лінії.
Лекція 5. Динаміка в’язкої рідини. Система диференціальних рівнянь Нав’є – Стокса. Слабо деформовані потоки в’язкої рідини. Рівняння нерозривності у гідравлічній формі. Рівняння Бернуллі для потоку в’язкої рідини. Коефіцієнт Коріоліса. Втрати напору.
Лекція 6. Основи теорії подібності і моделювання. Геометрична подібність. Кінематична подібність. Динамічна подібність. Інспекційний аналіз рівнянь Нав’є – Стокса. Числа подібності. Метод аналізу розмірностей.
Лекція 7. Втрати напору по довжині труби. Досліди Рейнольдса. Ламінарний та турбулентний режими течії. Графіки Нікурадзе і Муріна. Втрати напору у місцевих опорах. Гідравлічний розрахунок трубопроводів. Рівняння характеристики простого трубопроводу.
Лекція 8. Основи газової динаміки. Рівняння газового стану. Адіабатні течії газу. Рівняння Бернуллі для стисливого газу. Ш швидкість звуку. Число Маха. Критична та максимальна швидкості у газовому потоку. Наведена швидкість. Газодинамічні функції. Витікання газу через сопло, що звужується і через сопло Лаваля.
Практичні заняття
Практичне заняття 1. Фізичні властивості рідини. Моделі рідини: густина, текучість, в’язкість, стисливість. Закон в’язкого тертя Ньютона.
Мета заняття: Отримати навички розрахунку властивостей рідини в залежності від параметрів рідини та розрахунку сили в’язкого тертя.
Практичне заняття 2. Використання гідростатичного закону розподілу тиску. П’єзометрична площина. Побудова епюр гідростатичного тиску.
Мета заняття: Отримати навички розрахунку розподілу тиску у нерухомій рідині та побудови епюр гідростатичного тиску.
Практичне заняття 3. Рівномірний тиск на плоску стінку. Рівномірний тиск на криволінійну стінку. Нерівномірний тиск на плоску стінку. Нерівномірний тиск на криволінійну стінку. Тіла тиску.
Практичне заняття 4 Розрахункове визначення коефіцієнту Дарсі.
Мета заняття: Оволодіти навичками розрахункового та експериментального визначення втрат напору по довжині труби.
Практичне заняття 5 Розрахункове визначення коефіцієнтів місцевих втрат.
Мета заняття: Придбати навички розрахункового та експериментального визначення місцевих втрат в трубопроводах.
Практичне заняття 6. Дослідження витікання рідини із отворів і насадків.
Мета заняття: Практичне засвоєння особливостей витікання рідини через отвори і короткі насадки.
Практичне заняття 7. Дослідження витікання повітря через насадок, що сходиться, при великому перепаді тиску.
Мета заняття: Практичне засвоєння законів газової динаміки. Оволодіння навичками розрахункового та експериментального визначення витрати газу при витіканні через отвір при великому перепаді тиску
Індивідуальна робота
Для денної форми здобуття освіти
Не передбачена
Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання
Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні 7 практичних робіт та двох модульних контрольних робіт.
Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної та практичної частин.
Кожна модульна контрольна робота, МКР1 і МКР2, складається з 2 теоретичних запитань (по 10 балів за бездоганну відповідь на кожне запитання) та 1 задачі, за бездоганне виконання якої можна отримати 9 балів. Максимально можлива сума балів за кожну МКР – 29 балів. Максимально можлива сума балів за дві МКР – 58 балі.
Бездоганне виконання кожного завдання на практичному занятті оцінюється у 6 балів, за 7 практичних робіт можливо отримати 42 балів.
Підсумковий контроль – залік. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач, який які виконали всі види навчальних елементів дисципліни, 100 балів, мінімальна оцінка, яка відповідає оцінці “задовільно” – 60 балів.