Detail předmětu

Hydraulika

FAST-BR04Ak. rok: 2013/2014

Studiem předmětu získají studenti informatice o chování a účincích kapalin na objekty a zařízení v klidu – hydrostatice a při pohybu – hydrodynamice.
Jedná se o stanovení účinku vody na rovinné a zakřivené plochy a informace o plavání těles.
Poznatky o proudění a pohybu vody v tlakových trubních systémech a systémech s volnou hladinou tj. otevřených přírodních a umělých korytech. Poznatky z hydrauliky objektů na těchto zařízeních.
Ustálený nerovnoměrný a neustálený plynule se měnící pohyb v korytech a potrubích, plnění a prázdnění neprizmatických nádrží a plavebních komor.
Šachtové a boční přelivy, skluzy, zvláštní typy vodních skoků a návrh vývaru.
Základy modelové podobnosti v mechanice tekutin. Vybrané kapitoly z objektové hydrauliky a hydrauliku tlakových systémů.
Praktické aspekty proudění podzemní vody, princip spojitosti a determinismu. Základní předpoklady přijímané při řešení úloh proudění podzemní vody, jednoduché jímací objekty, jednoduché modely proudění hrázemi, jednoduchá řešení soustavy studní.
Poznatky jsou prakticky aplikovány ve výpočtových a laboratorních cvičeních.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

10

Garant předmětu

prof. Ing. Jan Šulc, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav vodních staveb (VST-VST)

Výsledky učení předmětu

Výuka navazuje na absolvované předměty matematika, deskriptivní geometrie a fyzika. Absolvent získá znalosti o klidu a pohybu kapalin newtonského typu a v doplňkovém přehledu i nenewtonského typu. Po studiu předmětu lze provádět výpočty základního typu proudění včetně stanovení tlakových poměrů na obtékaných (protékaných) částech hydraulických okruhů. Absolvent je připraven na působení v navazujících odborných oblastech v oboru hydrotechniky a vodního hospodářství.

Prerekvizity

Fyzika, matematika, mechanika, mechanika zemin, statika a stavebni mechanika.

Korekvizity

Hydrologie, vodohospodářské betonové konstrukce, statistika, pravděpodobnost (vyučováno v předmětu matematika III).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.V průběhu semestru posluchači shlédnou ukázku proudění na konkrétním hydraulickém modelu v laboratoři ústavu. Přednášky jsou doplněny prezentací proudění z výzkumů konkrétních objektů modelů nebo vlastních hydrotechnických děl.

Způsob a kritéria hodnocení

Úspěšné zakončení předmětu vyžaduje absolvování cvičení s udělením zápočtu z daného předmětu, splnění podmínek výpočtové i pojmové části písemného testu a vlastní zkoušky.

Osnovy výuky

1.Relativní klid kapaliny.Diferenciální rovnice pohybu ideální a skutečné kapaliny.
2. Základy potenciálního proudění a jeho aplikace.
3.Vodní skok v neprizmatickém korytě.Nadkritické proudění v korytech a skluzech, provzdušnění vodního proudu.
4.Volné a ponořené vodní paprsky kapaliny, obtékání těles.Účinek proudu kapaliny na plochy.Aplikace impulsové věty.
5. Prázdnění nádob, neprizmatické nádoby.Plnění a prázdnění plavebních komor. Plynule se měnící neustálené proudění.Rázové vlny v korytech. Rázové vlny v potrubí, přímý a nepřímý vodní ráz. Časový průběh rázové vlny.
6. Trubní sítě,návrh čerpadla, kavitace obtékaného povrchu.
7. Proudění v mostních profilech a propustcích.
8. Vzájemné ovlivňování hydraulických prvků z hlediska ztrát energie.
9. Proudění v předpolí vtoků, norné stěny.
10. Proudění nenewtonovských kapalin, tok bighamských a nebighamských látek.
11. Dimenzionální a rozměrová analýza, základy modelové podobnosti v mechanice tekutin.
12. Šachtový přeliv.Zvláštní typy přelivů, pohyblivé konstrukce přelivů.Přepady vody při vysokém stupni zatopení.
13. Darcyho rovnice, filtrační součinitel, specifický průsak a střední rychlost vody v pórech. Hydraulika studní při ustáleném stavu.

Učební cíle

Výuka navazuje na absolvované předměty matematika, deskriptivní geometrie a fyzika. Absolvent získá znalosti o klidu a pohybu kapalin newtonského typu a v doplňkovém přehledu i nenewtonského typu. Po studiu předmětu lze provádět výpočty základního typu proudění včetně stanovení tlakových poměrů na obtékaných (protékaných) částech hydraulických okruhů. Absolvent je připraven na působení v navazujících odborných oblastech v oboru hydrotechniky a vodního hospodářství.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

BOOR, Boris, KUNŠTÁTSKÝ, Jiří, PATOČKA, Cyril: Hydraulika pro vodohospodářské stavby. SNTL/ALFA, 1968. (CS)
MUNSON, Bruce R. et al.: Fundamentals of Fluid Mechanics. John Wiley & Sous, Inc., New York, 1998. ISBN-10: 1118116135. (EN)
JANDORA, Jan, UHMANNOVÁ, Hana: Základy hydrauliky a hydrologie. Příklady. CERM Brno, 1999. ISBN 80-214-1160-0. (CS)
Jandora, s.r.o. Brno: Hydraulika a hydrologie. CERM, s.r.o. Brno, 2002. (CS)
Jandora,J.,Šulc,J.: Hydraulika - modul 01 - studijní elektronická opora. FAST VUT v Brně, 2007. (CS)

Doporučená literatura

KOLÁŘ, Václav, PATOČKA, Cyril, BÉM, Jiří: Hydraulika. SNTL Praha, 1983. (CS)
WIDDEN, Martin: Fluid Mechanics. MACMILLAN PRES LTD, 1996. ISBN-10: 0333517997. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-P-E-SI bakalářský

    obor V , 3. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program B-K-C-SI bakalářský

    obor V , 3. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program B-P-C-SI bakalářský

    obor V , 3. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

52 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jan Šulc, CSc.

Osnova

1.Relativní klid kapaliny.Diferenciální rovnice pohybu ideální a skutečné kapaliny.
2. Základy potenciálního proudění a jeho aplikace.
3.Vodní skok v neprizmatickém korytě.Nadkritické proudění v korytech a skluzech, provzdušnění vodního proudu.
4.Volné a ponořené vodní paprsky kapaliny, obtékání těles.Účinek proudu kapaliny na plochy.Aplikace impulsové věty.
5. Prázdnění nádob, neprizmatické nádoby.Plnění a prázdnění plavebních komor. Plynule se měnící neustálené proudění.Rázové vlny v korytech. Rázové vlny v potrubí, přímý a nepřímý vodní ráz. Časový průběh rázové vlny.
6. Prvky trubní sítě (rozdělení a stékání proudů),návrh čerpadla, kavitace obtékaného povrchu.
7. Proudění v mostních profilech a propustcích.
8. Vzájemné ovlivňování hydraulických prvků z hlediska ztrát energie.
9. Proudění v předpolí vtoků, norné stěny.
10. Proudění nenewtonovských kapalin, tok bighamských a nebighamských látek.
11. Dimenzionální a rozměrová analýza, základy modelové podobnosti v mechanice tekutin.
12. Šachtový přeliv.Zvláštní typy přelivů, pohyblivé konstrukce přelivů.Přepady vody při vysokém stupni zatopení.
13. Darcyho rovnice, filtrační součinitel, specifický průsak a střední rychlost vody v pórech. Hydraulika studní při ustáleném stavu.

Cvičení

52 hod., povinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Jan Šulc, CSc.

Osnova

1.Výpočty charakteristik kapaliny v relativním klidu.
2.Vodní skok v prizmatickém a neprizmatickém korytě.
3.Výpočty nadkritického proudění v korytech a skluzech, provzdušnění vodního proudu.
4.Výpočty dráhy a tvaru volných a ponořených vodních paprsků kapaliny.
5.Obtékání těles, výpočty účinku proudu kapaliny na plochy.Aplikace impulsové věty.
6.Prázdnění prizmatických a neprizmatických nádob.Plnění a prázdnění nádrží.
7.Plynule se měnící neustálené proudění.Rázové vlny v korytech a v potrubí, přímý a nepřímý vodní ráz. Časový průběh rázové vlny.
8. Výpočet rozdělovacích a spojovacích armatur,návrh čerpadla, kavitace obtékaného povrchu.
9. Proudění v mostních profilech a propustcích.
10. Proudění v předpolí vtoků, norné stěny, výpočty bezpečné a kritické hloubky ponoru vtoku.
11. Výpočet nedokonalého přepadu. Přelivy při vysokém stupni zatopení.
12. Šachtový přeliv.Zvláštní typy přelivů, pohyblivé konstrukce přelivů.
13. Aplikace Darcyho rovnice, specifický průsak. Výpočet vydatnosti studny při ustáleném stavu.