Detail předmětu

Hydraulika

BRA003 předmět zařazen v 1 studijním plánu

Bc. prez. program BPC-SI > spV povinný zimní semestr 3. ročník 9 kreditů

Studiem předmětu získají studenti informace o chování a účincích kapalin na objekty a zařízení v klidu a v pohybu.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. Hydraulické charakteristiky šachtových a bočních přelivů, skluzů. Typy vodních skoků a návrh vývaru. Základy modelové podobnosti v mechanice tekutin. Vybrané kapitoly z objektové hydrauliky a hydrauliky tlakových systémů. Praktické aspekty proudění podzemní vody, princip spojitosti. 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.

Garant předmětu

prof. Ing. Jan Šulc, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav vodních staveb

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 a silových poměrů na obtékaných (protékaných) částech hydraulických okruhů. Absolvent je připraven na působení v navazujících odborných oblastech v oboru hydrotechniky a vodního hospodářství.

Prerekvizity

Střední úroveň znalostí z předmětů fyzika, matematika, mechanika, mechanika zemin, statika a stavebni mechanika.

Korekvizity

Hydrologie, vodohospodářské betonové konstrukce, statistika, pravděpodobnost (vyučováno v předmětu matematika 4).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Výuka části cvičení probíhá v laboratorních podmínkách, posluchači se seznámí se základními typy proudových poměrů na jednotlivých vybraných modelových objektech. V průběhu semestru posluchači shlédnou ukázku proudění na konkrétním hydraulickém modelu hydrotechnického objektu testovaného 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 ústní zkoušky.

Cíl

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.

Přednáška

4 hod./týden, 13 týdnů, nepovinné

Osnova přednášek

1. Vlastnosti kapalin. Relativní klid kapaliny. Diferenciální rovnice pohybu ideální a skutečné kapaliny.
2. Ztráty mechanické energie prouděním kapaliny. Vzájemné ovlivňování hydraulických prvků z hlediska ztrát energie.
3. Volné a ponořené vodní paprsky kapaliny, obtékání těles.Účinek proudu kapaliny na plochy. Aplikace impulsové věty.
4. Proudění na základních a zvláštních přelivech, kapacita přepadu přes pohyblivé konstrukce. Přepad při vysokém stupni zatopení.
5. Prázdnění nádob, neprizmatické nádoby.Plnění a prázdnění plavebních komor. Plynule se měnící neustálené proudění.
6. Prvky trubní sítě (rozdělení a stékání proudů),návrh čerpadla, kavitace obtékaného povrchu.
7. Vodní skok v prizmatickém a neprizmatickém korytě. Nadkritické proudění v korytech a skluzech, provzdušnění vodního proudu.
8. Proudění v mostních profilech a propustcích.
9. Rázové vlny v korytech. Rázové vlny v potrubí, přímý a nepřímý vodní ráz. Časový průběh rázové vlny.
10. Proudění v předpolí vtoků, norné stěny.
11. Proudění nenewtonovských kapalin, tok binghamských a nebinghamských látek.
12. Základy modelové podobnosti v mechanice tekutin. Omezující podmínky modelové podobnosti na hydraulických modelech.
13. Darcyho rovnice, filtrační součinitel, specifický průsak a střední rychlost vody v pórech. Hydraulika studní při ustáleném stavu.

Cvičení

4 hod./týden, 13 týdnů, povinné

Osnova cvičení

1. Výpočty charakteristik kapaliny v relativním klidu. Zatížení konstrukcí hydrostatickou silou.
2. Výpočty ztrát mechanické energie při proudění kapalin.
3. Výpočty dráhy a tvaru volných a ponořených vodních paprsků kapaliny.
4. Proudění na přelivech, hydraulická kapacita, kapacita při ovlivnění dolní vodou.
5. Prázdnění prizmatických a neprizmatických nádob.Plnění a prázdnění nádrží.
6. Výpočet rozdělovacích a spojovacích armatur, návrh čerpadla, kavitace obtékaného povrchu.
7. Vodní skok v prizmatickém a neprizmatickém korytě.
8. Návrh vývaru vodního díla.
9. Výpočty nadkritického proudění v korytech a skluzech, provzdušnění vodního proudu.
10. Proudění v mostních profilech a propustcích.
11. Časový průběh rázové vlny v přivaděčích.
12. Stanovení bezpečné a kritické hloubky ponoru vtoku.
13. Aplikace Darcyho rovnice, specifický průsak. Výpočet vydatnosti studny při ustáleném stavu.