Роль гидрогазодинамики в учебном процессе

Введение
Гидрогазодинамика – наука о движении жидкостей и газов – является разделом механики сплошных сред.
В отличие от твердых тел, в которых молекулярные силы сцепления весьма велики, жидкости, и в особенности газы, обладают относительно слабыми межмолекулярными связями. Эта особенность их физической природы проявляется в легкой подвижности, т.е. текучести или деформируемости: движение жидкостей и газов под действием внешних и внутренних сил сопровождается изменением формы, а в общем случае – и объема выделенной ее части.

История дисциплины
Зарождение отдельных представлений из области гидромеханики следует отнести к глубокой древности на основе практических сведений, накопленных в Египте, Месопотамии, Греции и Китае в результате гидротехнических работ.
Устройства и машины в Александрии были образцами для подражания в течение многих столетий.
В Древнем Риме сооружались сложные системы водоснабжения.

Машины, созданные Героном и Ктесибием:
а – гидравлическая машина для подъема тяжестей;
б – годометр – измеритель пути;
в - водяной насос;
г – клепсидра – водяные часы.
д – эолипил – устройство, ставшее основой устройства паровой турбины

Одним из наиболее впечатляющих чудес стал разработанный Героном механизм, который открывал двери в храм при разжигании огня на алтаре.

Период Средневековья обычно характеризуется как регресс. Однако именно в это время были созданы универсальные энергетические машины - водяные колеса различных типов и размеров, послуживших основой промышленной революции нового времени.

Эпоха Возрождения неразрывно связана, прежде всего, с именем Леонардо да Винчи (1452-1519), явившимся основоположником гидравлики как науки.
Голландский инженер и математик Симон Стевин (1548-1620) решил задачу об определении силы давления, действующей на плоскую фигуру. Он также впервые объяснил гидростатический парадокс.

Великий итальянский физик Галилео Галилей (1564-1642) опубликовал трактат по гидростатике. Он также показал, что сила гидравлического сопротивления возрастает с увеличением скорости движущегося в жидкости твердого тела и с ростом плотности жидкой среды.

Эванджелист Торричелли, выдающийся математик и физик, изобрел ртутный барометр и установил формулу для истечения жидкости в виде закона подобия.
Блез Паскаль (1623-1662) показал возможность применения для измерения атмосферного давления различных жидкостей.
Исаак Ньютон (1643-1727) установил квадратичный закон сопротивления при обтекании и дал описание закона вязкого трения в жидкости.

Важный этап в становлении инженерного образования связан с созданием Леонардом Эйлером (1707-1783), Д-Аламбером (1717-1783) и Лагранжем (1736-1813) аналитической механики.
Основополагающая работа Эйлера с выводом системы уравнений движения идеальной жидкости увидела свет в 1755 году.
Наибольшие успехи в рамках модели идеальной жидкости были достигнуты Гельмгольцем и Кирхгофом, разработавшие методы теории функций комплексной переменной.
Леонард
Эйлер

Основоположниками теоретической газовой динамики следует считать немецкого математика Б. Римана (1826-1866), впервые получившего решения дифференциальных уравнений газовой динамики, и русского ученого механика С.А. Чаплыгина (1869-1942), разработавшего метод исследования установившихся течений газа, носящего сегодня его имя.
Чаплыгин
Сергей
Алексеевич

Мощный толчок в развитии механика жидкости и газа получила в начале XX столетия в результате стремительного развития авиационной техники, гидромашиностроения, гидротехнического строительства и теплоэнергетики.
Н. Е. Жуковский К. Э. Циолковский И. В. Мещерский

Значение и задачи гидромеханики на современном этапе развития науки и техники
Во многих областях техники используются достижения механики жидкости и газа.
Авиация и кораблестроение, основными проблемами, которых являются скорость, устойчивость, снижение сопротивления, неразрывно связаны с аэро- и гидродинамикой.
В ракетостроении не только нашли применение настоящие достижения науки, но и был поставлен ряд новых задач перед газодинамикой, послуживших развитию этой еще молодой отрасли механики жидкости и газа.
Знание гидромеханики необходимо в гидротехническом строительстве, металлургии, при решении вопросов интенсификации технологий химической индустрии, водоснабжения и добычи полезных ископаемых.

Связь с другими учебными дисциплинами
Гидрогазодинамика и механика
В гидрогазодинамике, как и в классической механике, можно выделить общепринятые составные части: гидростатику, изучающую законы равновесия жидкости; кинематику, описывающую основные элементы движущейся жидкости и гидродинамику, изучающую основные законы движения жидкости и раскрывающую причины её движения.

Гидрогазодинамика и высшая математика
Изучение гидрогазодинамики, понимание сущности рассматриваемых физических явлений и процессов тесно связано с усвоением достаточно развитого математического аппарата, которым эта наука оперирует. Для решения большинства задач применяют строгие математические приемы интегрирования основных дифференциальных уравнений, различные специфические приближенные приемы.

Гидрогазодинамика и химия
Химия и гидрогазодинамика изучают практически одни и те же объекты, но только каждая из них видит в этих объектах свою сторону, свой предмет изучения.
Химия изучает молекулярную структуру, ее состав, строение, свойства.
Гидрогазодинамика же, в свою очередь, занимается макроскопической моделью, представляющей жидкости и газы как некоторую сплошную текучую среду с непрерывным распределением физических величин, определяющих ее движение и состояние.

Цели дисциплины:
овладение студентами знаниями законов гидрогазодинамики и умение применять эти законы на практике;
понимание студентами гидромеханических процессов, происходящих в технологическом оборудовании;
умение составлять и решать основные уравнения гидромеханики применительно к типовым инженерным задачам данного бакалавриата.

Основные задачи дисциплины:
сформировать у студентов навыки проведения инженерного эксперимента;
получить представления об истинном, наблюдаемом в опытах, характере реальных гидромеханических явлений;
изучить современные инженерные методы гидромеханических расчетов;
выработать методику решения инженерных задач, в том числе при самостоятельной работе;
приобрести навыки, необходимые для изучения последующих специальных дисциплин, выполнения курсовых работ, в.к.р. бакалавра и дальнейшей профессиональной деятельности.

Виды учебной дисциплины
Общая трудоемкость учебной дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

Компетенции
Процесс изучения дисциплины «Гидрогазодинамика» направлен на формирование следующей компетенции:
ОК-10 – Способность к познавательной деятельности
Знать закономерности и этапы исторического процесса, основные исторические факты, даты, события и имена исторических деятелей России; основные события и процессы отечественной истории в контексте мировой истории.
Уметь критически воспринимать, анализировать и оценивать историческую информацию, факторы и механизмы исторических изменений.
Владеть навыками анализа причинно-следственных связей в развитии промышленной безопасности, техносферы; место человека в процессе управления безопасностью.

Заключение
Таким образом, гидрогазодинамика – это наука, прошедшая долгий путь от глубокой древности до наших дней. Трудно указать отрасль техники, развитие которой не находилось бы в теснейшей связи с разрешением задач движения жидкости и газа.

Например, это относится к дисциплине «Промышленная вентиляция», которая базируется на законах физики и механики и даёт понимание закономерностей процессов движения воздушных масс в промышленных предприятиях и позволяет рассчитать проект обеспечения безопасных вентиляционных условий для любого предприятия.

Боль­шое зна­че­ние име­ет при­ло­же­ние ме­то­дов механики жидкости и газа к объ­яс­не­нию и ис­поль­зо­ва­нию при­род­ных яв­ле­ний, свя­зан­ных, например, с дви­же­ни­ем тек­то­нических плит и извержением вул­ка­нов, дви­же­ни­ем ла­вин и муть­е­вых по­то­ков, с ме­ха­низ­ма­ми пла­ва­ния рыб и по­лё­та птиц, кро­во­об­ра­ще­ни­ем и ды­ха­ни­ем. Гидрогазодинамика опи­сы­ва­ет про­цес­сы са­мых различных мас­шта­бов - от столк­но­ве­ний эле­мен­тар­ных час­тиц и те­че­ний кван­то­вых жид­ко­стей до строе­ния звёзд и эво­лю­ции Все­лен­ной.