Гидродинамика

Рассмотрены проблемы охраны водной среды, приведены классификация и характеристики основных видов загрязнений, даны классификации методов и процессов защиты гидросферы от химических и физических видов загрязнений. Предложены мероприятия по снижению загрязнения водной среды. Учебное пособие, подготовленное на кафедре «Безопасность и экология горного производства» Горного института, предназначено для подготовки специалистов по специальности 21.05.04 «Горное дело» специализации «Промышленная и экологическая безопасность» и магистров 20.04.01 «Техносферная безопасность» при изучении дисциплин ФГОС «Инженерная защита окружающей среды» и «Процессы и аппараты защиты окружающей среды».

Практикум содержит восемь практических занятий, посвященных решению (путем написания программ на алгоритмическом языке) задач теплообмена. Первое занятие знакомит с подходом к решению нелинейных задач, второе, третье и четвертое – с внешними задачами теплообмена, пятое, шестое и седьмое – с внутренними задачами, а на восьмом занятии рассматриваются подходы к решению сопряженных задач теплообмена. Описание алгоритмов дано без привязки к конкретному языку программирования, однако практикум содержит рекомендации для программной реализации этих алгоритмов в среде VBA MS Office. Предназначен для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 22.03.02 «Металлургия» (профиль «Технологии материалов»).

В монографии рассмотрены физические основы процессов, связанных с движением частиц дисперсной фазы в несущей среде. Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования процесса динамического взаимодействия частиц дисперсной фазы (твердых частиц, капель, пузырьков) с несущей средой и при взаимных столкновениях. Проанализировано влияние нестационарных эффектов и концентрации частиц на их движение, рассмотрены условия потери устойчивости форм капель и пузырьков при их движении в прямолинейном и закрученном потоке. Для специалистов в области механики многофазных течений, научных сотрудников, аспирантов и студентов высших учебных заведений.

В пособии рассмотрены классические и современные подходы к математическому и физическому моделированию нестационарных режимов горения конденсированных систем (гомогенных порохов и твердых ракетных топлив). Излагаются основные положения феноменологической теории нестационарного горения Зельдовича–Новожилова и ее приложение к анализу переходных процессов в твердотопливных ракетных двигателях и газогенераторах. К переходным относятся процессы зажигания, гашения, горения в условиях существенно переменного давления при регулировании тяги и расхода продуктов сгорания. Рассмотрены теоретические и экспериментальные методы исследования неустойчивых режимов работы твердотопливных ракетных двигателей (низкочастотная неустойчивость и вибрационное горение), горения конденсированных систем в условиях обдувающего потока газа (эрозионное горение) и при наличии перегрузок. Для магистров физико-технического факультета ТГУ, обучающихся по направлениям 24.04.03 «Баллистика и гидроаэродинамика», 16.04.03 «Техническая физика», а также аспирантов, научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области моделирования рабочих процессов твердотопливных энергоустановок.

Пособие составлено в соответствии с тематикой семинарских занятий и программой курса «Теоретическая механика» студентов физико-технического факультета направлений подготовки 15.03.03 – Прикладная механика, 15.03.06 – Механотроника и робототехника, 24.03.03 – Баллистика и гидроаэродинамика.. В пособии рассмотрено решение задач статики с учетом силы трения, а также различные методы определения положения центра тяжести тела. Для преподавателей, аспирантов, студентов и магистрантов.

Предлагаемое учебное пособие содержит материал лекций и практических занятий, которые автор проводил со студентами III курса кафедры «Аэрогидродинамика» факультета летательных аппаратов НГТУ. В пособии подробно рассматриваются течения вязкой жидкости и идеального газа. Теоретический материал дополняется задачами, которые приводятся с подробными решениями.

Рассмотрены базовые теоретические вопросы гидрогазодинамики. Приведены основные уравнения газовой динамики. Описаны аналитические решения для течений с простыми и ударными волнами, возникающими при движении поршня в трубе с идеальным газом, и для задачи о распаде разрыва. Адресовано студентам НГТУ, изучающим соответствующие дисциплины в рамках образовательной программы по специальности 020301 «Техносферная безопасность» и 170501 «Боеприпасы и взрыватели».

В книге предложено новое объяснение неньютоновского течения жидкостей, которые обладают внутренней структурой. К ним относятся суспензии, эмульсии, растворы и расплавы полимеров, мицеллярные растворы, жидкие кристаллы. Представлена структурная реологическая модель, содержащая реологические уравнения для описания реологических кривых – главных характеристик равновесного сдвигового течения.

Дисциплина «Гидроэнергетика» направлена на формирование профессиональной подготовки студентов, магистров и аспирантов по направлению 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования. Учебное пособие предназначено для изучения методов и принципов водно-энергетических расчетов оптимальных режимов работы гидроэлектростанции в составе электроэнергетической системы.

Третий том трудов историка науки Глеба Константиновича Михайлова (1929–2021) включает 15 работ по истории механики, гидравлики и ракетного дела, опубликованных в 1975–2008 гг. на русском, английском и немецком языках. Несколько работ посвящены трудам Даниила Бернулли (1700–1782) по гидродинамике. Дан очерк развития гидравлики в XVIII – первой половине XX века. Описаны некоторые аспекты развития истории механики. Другие исследования охватывают забытые работы ученого- любителя Георга Букуа (1781–1851) по динамике систем с переменными массами, труды шотландского математика К. Макларена (1698–1746) по механике, историю изучения эффекта Робинса-Магнуса, ранние этапы развития теории реактивного движения и динамики систем переменного состава. Последняя работа посвящена зарождению и развитию механики в России и в особенности в Москве. Для историков науки, физиков, математиков.

В учебном пособии изложены основные положения технической механики жидкости и газа. Освещены законы гидростатики и гидродинамики, рассмотрены виды и расчет гидравлических сопротивлений. Представлена методика гидравлического расчета напорных трубопроводов для капельных и газообразных жидкостей. Изложены зависимости истечения жидкости через отверстия и насадки. В пособии рассмотрены закономерности обтекания твердых тел потоком жидкости и газа, дан расчет гидравлических сопротивлений при относительном движении жидкости и твердого тела. Рассмотрены также основные положения и зависимости при равномерном и неравномерном движении жидкости в потоках со свободной поверхностью. Даны основы моделирования гидроаэродинамических явлений. Учебное пособие предназначено для студентов строительных специальностей.

В монографии приводятся результаты исследований, выполненных в последние годы на кафедре гидравлики, которые направлены на уточнение основополагающих представлений о факторах, определяющих структуру водных потоков в жестких и деформируемых границах. Приводятся аналитические и экспериментальные результаты исследований течения в вязком подслое, которые учитывают нестационарный характер развития вязкого течения, перемежающегося с периодами турбулентного течения. Эти принципиально важные особенности позволяют существенно скорректировать расчеты теплообмена, размыва русловых отложений, гидравлического сопротивления и распределения скоростей в водных потоках при разных граничных условиях. Рассмотрены основные пульсационные характеристики турбулентности, когерентные структуры, приведены теоретические подходы к описанию турбулентных течений, проанализирована обоснованность использованных гипотез, ограничения теоретических подходов, возможности аналитического и численного решения гидравлических задач. Приведены уточненные зависимости для распределения скоростей по сечению напорных и безнапорных потоков. Рассмотрены вопросы взаимодействия водного потока с размываемым руслом, детально проанализированы особенности движения частиц руслового грунта при размыве, представлены новые, оригинальные материалы по развитию внутрирусловых образований на начальной стадии взаимодействия потока и русла и их влияния на кинематические характеристики течения. Приведены результаты выполненных исследований по осаждению частиц различной формы мелкодисперсных взвесей. Проанализированы условия стратификации потоков, переносящих мелкодисперсную взвесь. Определены критериальные условия хлопьеобразования и структуризации, приводятся зависимости для определения транспортирующей способности потоков, переносящих мелкую взвесь, и распределения взвеси в толще потока. Наряду с новыми материалами в монографии рассматривается также ряд вопросов классической гидравлики, важных для решения задач движения водных потоков в жестких и деформируемых границах.

В монографии представлены постановки задач, методы решения и результаты теоретических исследований структуры и гидродинамической устойчивости закрученных потоков. Изучение конкретных течений проводится численно на основе системы уравнений Навье–Стокса. Предполагается, что читатель знаком с основами гидромеханики и вычислительных методов. Для научных и инженерно-технических работников, аспирантов и студентов старших курсов.

Монография посвящена исследованию установившегося неравномерного циркуляционно-продольного течения вязкой несжимаемой жидкости в цилиндрической трубе, на входе в которую установлен локальный завихритель потока. Рассмотрены вопросы аналитического, численного и физического моделирования течения. Для инженеров и научных работников, аспирантов и студентов старших курсов.

Освещены теоретические основы гидравлики и их практическое приложение, относящееся к вопросам равновесия жидкости и газа, движения несжимаемых (и сжимаемых жидкостей) в трубопроводах и резервуарах, истечения через отверстия и насадки. Подробно рассматриваются физические свойства жидкостей (сжимаемых и несжимаемых), понятие о газовых законах и их применении. Приводятся особенности гидравлического расчета коротких и длинных трубопроводов, водопроводных сетей, применяющихся для решения практических вопросов систем подачи и распределения воды. Рассмотрены основы теории подобия и вопросы моделирования гидравлических явлений. Каждая глава дополнена примерами решения задач, основное назначение которых – помочь изучающему основы гидравлики (основы механики жидкости и газа), выработать навыки применения теории в решении конкретных задач и освоить методику проведения гидростатических, гидродинамических а также газодинамических расчетов. Книга предназначена для студентов строительного направления, а также студентов, изучающих дисциплину «Механика жидкости и газа», работников систем коммунальных, энергосбытовых служб и техносферной безопасности.

Рассмотрен экспериментальный способ нахождения коэффициентов потерь объемной роторной гидромашины, определяющих ее энергоэффективность в зависимости от режима работы, предложено выражение для определения КПД серии подобных гидромашин в зависимости от режима работы и найденных коэффициентов потерь. Для самостоятельной проработки студентами, обучающимися по направлению подготовки «Энергетическое машиностроение», а также студентами других направлений, изучающими гидромашины и гидропривод в специальных курсах.

Представлено описание применения программного комплекса STAR-CCM+ для гидродинамического моделирования эффекта запирания в дросселе в лабораторной работе по дисциплине «Компьютерные средства гидродинамического моделирования», алгоритм гидродинамического моделирования этого эффекта и задание. Рассмотрена методика получения расходно-перепадных характеристик для каждого значения диаметра дросселя и сцен (изображений) распределения давления и объемной доли жидкости в сечении дросселя. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.04.03 «Энергетическое машиностроение» по дисциплине «Компьютерные средства гидродинамического моделирования».

Описаны различные типы насосного оборудования, показано их устройство и изложен принцип действия. Приведена классификация и определены преимущественные области применения насосов. Рассмотрены основные параметры и рабочие характеристики центробежных насосов, представлены зависимости для их расчета. Освещены вопросы подобия и влияния геометрии рабочего колеса на параметры насоса. Показаны основные способы регулирования работы насоса для увеличения области его использования, а также методы пуска в работу. Для проектирования станций рассмотрены варианты совместной работы насосов по параллельной и последовательной схеме. Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» (профиль: водоснабжение и водоотведение).