• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Бакалаврская программа «Физика»

Механика жидкости, газа и плазмы

2020/2021
Учебный год
RUS
Обучение ведется на русском языке
8
Кредиты
Статус:
Курс по выбору
Когда читается:
3-й курс, 1-4 модуль

Преподаватель

Программа дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины "Механика жидкости, газа и плазмы" являются: 1. формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических концепций в области механики жидкости газа и плазмы; 2. развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом уровне создавать и применять физические модели для решения исследования свойств механических объектов; 3. получение студентами навыков самостоятельной работы, предполагающей изучение специфических алгоритмов, инструментов и средств, необходимых для решения задач механики
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических концепций в области механики жидкости газа и плазмы;
  • развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом уровне создавать и применять физические модели для решения исследования свойств механических объектов;
  • получение студентами навыков самостоятельной работы, предполагающей изучение специфических алгоритмов, инструментов и средств, необходимых для решения задач механики.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • знает и умеет применять на практике для решеня задач основные физические свойства жидкостей, газов и плазмы
  • умеет решать задачи по теме
  • знает уравнения движения в интегральной и дифференциальной формах.
  • умеет применять выражение для тензора напряжений.
  • может вычислить изменение внутренней энергии движущейся жидкости.
  • умеет решать задачи с использованием методов динамического подобия и число Рейнольдса
  • может описать возникновение завихренности при движениях жидкости из состояния покоя
  • может использовать комплексный потенциал в случае двумерного безвихревого течения
  • может описать установившееся осесимметричное течение с закруткой
  • знает опыты Рейнольдса и проблема устойчивости течений.
  • умеет применять математическую формулировку задач об устойчивости течений.
  • умеет применять простейшие интегралы для решения задач
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Физические свойства жидкостей, газов и плазмы: Гипотеза сплошной среды. Объемные и поверхностные силы, действующие на жидкость. Механическое равновесие жидкости. Классическая термодинамика. Явления переноса. Отличительные свойства газов, жидкостей и плазмы. Условия на границе между двумя средами.
  • Кинематика поля течения. Сохранение массы. Анализ относительного движения в окрестности точки. Распределение скоростей при заданных скорости расширения и завихренности. Особенности скорости расширения. Источники и стоки. Распределение завихрености. Безвихревые соленоидальные течения в двусвязанных областиях пространства. Двумерные и трехмерные поля течения, простирающиеся в бесконечность.
  • Уравнения движения в интегральной и дифференциальной формах. Выражение для тензора напряжений. Изменение внутренней энергии движущейся жидкости. Интеграл Бернулли и интеграл Коши-Лагранжа для течений невязких нетеплопроводных жидкостей и газов. Полная система уравнений движения.
  • Равномерный поток вязкой несжимаемой жидкости. Установившееся и неустановившиеся течения одного направления. Слой Экмана на границе вращающейся жидкости. Течение с круговыми линиями тока. Установившаяся струя из точечного источника импульса. Динамическое подобие и число Рейнольдса. Поля течений в которых силы инерции пренебрежимо малы. Течение, вызываемое движением теа при малых числах Рейнольдса. Изменения в обтекании тел при возрастании числа Рейнольдса от 1 до 100
  • Динамика завихренности.
    Теорема Кельвина о циркуляции и законы распространения завихренности для невязкой жидкости. Возникновение завихренности при движениях жидкости из состояния покоя. Установившиеся течения, в которых диффузия завихренности, возникающей на твердой границе, ограничивается за счет конвекции. Установившееся двумерные течения в сужающихся или расширяющихся каналах. Пограничные слои. Пограничный слой на плоской пластине. Отрыв пограничного слоя. Течение при установившемся движении тел в жидкости. Струи, свободные слои смешения и следы. Колеблющиеся пограничные слои. Течения со свободными поверхностями
  • Теория безвихревого движения и ее приложения.
    Роль теории течения невязкой жидкости. Общие свойства безвихревого течения. Некоторые приложения интеграла. Общие свойства безвихревого течения, обусловленного движущимся твердым телом. Использование комплексного потенциала в случае двумерного безвихревого течения. Двумерное безвихревое течение, вызванное движущимя циллиндром с циркуляцией. Двумерные профили. Осесимметричное безвихревое течение, вызванное движением тела. Приближенные результаты для тонких тел. Импульсивное движение жидкости. Болшие пузыри газа в жидкости. Кавитация в жидкости. Теория течений со свободными линиями тока, установившиеся струи и каверны
  • Вихревое течение эффективно невязкой жидкости.
    Течение неограниченной жидкости, покоящейся на бесконечности. Установившееся двумерное вихревое движение жидкости. Установившееся осесимметричное течение с закруткой. Жидкие системы, вращающиеся как целое. Движение жидкости в тонком слое на вращающемся шаре. Вихревая система крыла самолета.
  • Опыты Рейнольдса и проблема устойчивости течений. Математическая формулировка задач об устойчивости течений. Уравнение Орра-Зоммерфельда. Турбулентные течения. Уравнения Рейнольдса.
  • Особенности течений плазмы.
    Уравнения электродинамики. Уравнения механики сплошных сред с учетом электромагнитных сил. Заком Ома. Уравнения магнитной гидродинамики. Простейшие интегралы. Движение вязкой несжимаемое электропроводной жидкости с прямолинейными линиями тока. Стационарные движения вдоль магнитного поля. Волновые движения идеальной жидкости
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Коллоквиум
  • неблокирующий Экзамен
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.5 * Коллоквиум + 0.5 * Экзамен
  • Промежуточная аттестация (4 модуль)
    0.25 * Коллоквиум + 0.5 * Промежуточная аттестация (2 модуль) + 0.25 * Экзамен
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Beresnyak, A., & Lazarian, A. (2019). Turbulence in Magnetohydrodynamics. Berlin: De Gruyter. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=2184183
  • Механика сплошных сред, Жермен, П., Соломенцева, Е. Д., 1965

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Andrés, N., Sahraoui, F., Galtier, S., Hadid, L. Z., Ferrand, R., & Huang, S. Y. (2019). Energy cascade rate measured in a collisionless space plasma with MMS data and compressible Hall magnetohydrodynamic turbulence theory. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1911.09749
  • Benenowski, B., & Poovuttikul, N. (2019). Classification of magnetohydrodynamic transport at strong magnetic field. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsarx&AN=edsarx.1911.05554
  • Goedbloed, J. P., Poedts, S., & Keppens, R. (2010). Advanced Magnetohydrodynamics : With Applications to Laboratory and Astrophysical Plasmas. New York: Cambridge University Press. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=317677