МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет механико-математический_
Кафедра математического моделирования в механике_
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе В.П. Гарькин «_»_2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Неравновесные процессы в гидродинамике Профессиональная образовательная программа направления 010800 МЕХАНИКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ цикл Б3 «Профессиональный цикл», дисциплины по выбору Профиль подготовки Механика жидкости, газа и плазмы Квалификация (степень) выпускника Магистр Форма обучения Очная Курс 5, семестр Самара Рабочая программа составлена на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления 010800 МЕХАНИКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 21 декабря 2009 г. № 771. Зарегистрировано в Минюсте РФ 4 февраля 2010 г. № 16263.Составитель рабочей программы:
Кожевников Е.Н., профессор кафедры математического моделирования в механике, д. ф.м. н., профессор Рецензент: Клюев Н.И. зав. кафедрой математического моделирования в механике, д.т.н., профессор «»2010 г. _В.И.Клюев_ Рабочая программа утверждена на заседании кафедры математического моделирования в механике (протокол № от «»2010 г.) Заведующий кафедрой «»2010 г. _Н.И.Клюев_
СОГЛАСОВАНО
Председатель методической комиссии факультета «» 2010 г. _ Е.Я.ГореловаСОГЛАСОВАНО
Декан факультета «» 2010 г. _ _С.Я. Новиков_СОГЛАСОВАНО
Начальник методического отдела «» 2010 г. _ _Н.В.Соловова 1.1.Цели и задачи изучения дисциплины.Цель дисциплины – изучение гидродинамических процессов, приводящих к неустойчивости течения жидкости определение структуры течения за порогом устойчивости.
.
Задачи дисциплины:
раскрыть роль неравновесного состояния системы в устойчивости гидродинамических потоков, описать основные понятия;
рассмотреть роль неравновесных процессов в формулировании динамических свойств неньютоновых жидкостей;
рассмотреть возможность описания механических свойств анизотропных жидкостей на основе микроскопических (нанотехнологических) моделей.
1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля).
В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен:
Иметь представление:
о термодинамических неравновесных системах;
о принципах, лежащих в основе построения механики жидкости;
о проблемах устойчивости гидродинамических потоков Знать:
базовую терминологию, основные понятия, основные уравнения механики жидкостей и газов;
методы построения реологии неньютоновых жидкостей;
методы анализа устойчивости стационарных состояний и процессов.
Уметь:
описывать динамику неравновесных процессов в жидкости и газе анализировать потерю устойчивости стационарного состояния жидкости и газа при внешнем воздействии описывать распространение волн в газах с отрицательной вязкостью.
Быть способным:
построить гидродинамические описание неньютоновских жидкостей;
к интенсивной научно-исследовательской и научно-изыскательской деятельности;
к самостоятельному анализу устойчивости гидродинамического потока как изотропных так и анизотропных сред;
к самостоятельному освоению научной литературы по гидродинамике сред со структурой;
Владеть компетенциями:
ОК - 10 Умение находить, анализировать и контекстно обрабатывать информацию, в том числе относящуюся к новым областям знаний, непосредственно не связанным со сферой профессиональной деятельности ПК – 1 Владение методами математического моделирования при анализе глобальных проблем на основе глубоких знаний фундаментальных математических дисциплин и компьютерных наук ПК – 2 Владение методами математического и алгоритмического моделирования при анализе проблем техники и естествознания ПК - 3 Способность к интенсивной научно-исследовательской и научноизыскательской деятельности ПК – 6 Способность к нахождению из определяющих экспериментов материальных функций (функционалов, постоянных) в моделях реальных тел и ПК – 8 Умение публично представлять собственные научные результаты ПК – 10 Способность к собственному видению прикладного аспекта в строгих ПК – 15 Способность различным образом представлять и адаптировать математические знания с учетом уровня аудитории 1.3. Место дисциплины в структуре ООП.
Для усвоения курса студент должен владеть операциями дифференцирования, интегрирования, основными операциями векторного анализа, методами решения обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений математической физики, иметь представление термодинамических и статистических основах описания состояния вещества.
Студент должен владеть основными методами и представлениями механики сплошных сред, классической механики (колебания), гидродинамики.
Понятия, законы и методы, введенные в курсе «Неравновесные процессы в гидродинамики», будут использоваться при изучении дисциплин специализации, а также при написании курсовых и дипломных работ.
2. Содержание дисциплины.
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Семестр – 9 вид отчетности - зачет Трудоемкость изучения дисциплины Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) в том числе:
Лекции практические занятия Самостоятельная работа студента (всего) в том числе:
Подготовка к практическим занятиям Самостоятельное изучение тем 2.2. Тематический план учебной дисциплины Наименование Содержание учебного материала, практические занятия, Объем Образовательные Формируемые Формы Общие урав- 1 Уравнения баланса в механике сплошной среды. Дисси- нения дина- пативные эффекты в вязкой среде мики сплошной среды 1 Решение расчетных задач на определение диссипативных родинамика 1 Напряжения и уравнения движения в многокомпонент- много компо- ной среде вом поле. 2 Расчет потери устойчивости атмосферы в тепловом поле 1 Анализ устойчивости среды со сложной реологией мето- 2.3. Содержание учебного курса.
Раздел 1. Общие уравнения динамики сплошной среды Уравнения неразрывности, уравнения движения, уравнение баланса момента импульса, уравнение баланса внутренней энергии, уравнение теплопроводности. Динамика идеальной жидкости и газа. Уравнения Эйлера, Громеки-Лэмба. Уравнение для вихрей. Теоремы Гельмгольца. Динамика вязкой жидкости. Тензор вязких напряжений, коэффициенты объемной и сдвиговой вязкости. Уравнение Навье - Стокса. Диссипация энергии при течении вязкой жидкости. Диссипативные эффекты в звуковых и вязких волнах.
Раздел 2. Теплопроводность в быстрых процессах Роль теплопроводности в быстрых процессах в жидкости и газах. Тепловая часть поглощения звуковых волн. Возможность существования изотермических звуковых волн.
Эффект Константинова в твердых телах и жидкости.
Раздел 3. Гидродинамика много компонентных сред Диффузия примесей и диссипация механической энергии. Тензор напряжений и уравнение движения многокомпонентной среды. Течение многокомпонентных жидкостей и газов.
Раздел 4. Кинетический подход к описанию реологии жидкости и газа Процессы переноса и реология жидкости и газа. Сдвиговая вязкость. Зависимость коэффициента сдвиговой вязкости от температуры и плотности в жидкости и газе. Подход Френкеля. Формула Аррениуса. Феноменологическое построение реологии вязкой жидкости и газа. Жидкость Максвелла, среда Кельвина. Зависимость динамического упругого Динамический модуль сдвига, зависимость от частоты. Спектр времен релаксации и реология растворов полимеров. Вариационный формализм в построении уравнений гидродинамики.
Раздел 5. Неравновесные процессы в жидкости и газе в тепловом поле.
Эффект Бенара в слое изотропной жидкости, потеря устойчивости нематического жидкого кристалла при тепловом воздействии. Случаи открытых и закрытых границ. Нелинейный анализ, определение поля скоростей и температур за потогом потери устойчивости.
3. Организация текущего и промежуточного контроля обучения.
3.1. Организация контроля.
Текущий контроль – использование бально-рейтинговой системы.
В течение семестра студенты решают задачи, указанные преподавателем, к каждому семинару. В семестре проводится 1 контрольная работа (на семинаре). Студенты допускаются к экзамену после решения всех задач контрольной работы и индивидуальных заданий.
3.2. Тематика рефератов, проектов и т.п.
Рефераты и проекты по курсу не предусмотрены.
3.3.Курсовая работа.
Курсовая работа по курсу не предусмотрена.
3.4. Бально-рейтинговая ситема.
Максимальная сумма баллов, набираемая студентами по дисциплине «Механика хрупкого разрушения» за семестр, равна 100.
На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками:
- «Отлично» - 86-100 баллов - теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены (работа на практических занятиях, выполнение домашних работ, контрольных и индивидуальной работ), качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.
- «Хорошо» - 71-85 баллов - теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено числом баллов, близким к максимальному, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.
- «Удовлетворительно» - 50-70 балла - теоретическое содержание курса освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, большенство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.
- «Неудовлетворительно» - менее 50 баллов - теоретическое содержание курса не освоено, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения учебных заданий.
Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению дисциплины «Механика хрупкого разрушения» в течение семестра.
1. Посещение лекций (1 балл за каждую) до 7 баллов Работа на практических занятиях (1 балл за пра- до 13 баллов вильное решение задачи) 2. Выполнение домашних заданий по дисциплине в до 30 баллов течение семестра (по 3 баллу за работу) 4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины.
1 Лекционная аудитория Компьютерный класс и лицензионные пакеты прикладных программ (Mathematica) 5. Литература.
5.1.Основная. (одновременно изучают дисциплину 5 человек) 1. Ландау, Лев Давидович. Теоретическая физика : Учеб. пособие для вузов : В 10 т. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - М. : Физматлит, 2001- Т.VI : Гидродинамика. - 5-е изд., стер. - 2003. - 731с (гриф Минобразования; 10 экз) Дразин Ф. Введение в терию гидродинамической устойчивости: Физматлит. 2005 г.
288 С.
3. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. М.:Мир. 2002. 461 С.
4. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М.: «Наука». 2002. 392 С. (электронный вариант).
5. Дьярманти И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. М.:Мир. 1974. 404 С. (электронный вариант).
5.2. Дополнительная 1. Базаров И. П., Геворкян Э. В., Николаев П. Н. Неравновесная термодинамика и физическая кинетика. М.: Изд-во МГУ, 1989. 240 с.
2. Джозеф Д. Устойчивость движения жидкости. М.;Мир. 1981. 638 С.
3. Юдович В.И. Метод линеаризации в гидродинамической теории устойчивости.
4. Монин А.С. Гидродинамическая неустойчивость//УФН. 1986. Т. 150. Вып.1. С.62-105.
5. Дикин Л.А. Гидродинамическая устойчивость и динамика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат. 1976. 108 С.
7.3. Учебно-методические материалы по дисциплине 1. Механика сплошных сред в задачах / Под.ред.М.Э.Эглит - : Б.и.,. Теория и задачи с.
2. Механика сплошных сред в задачах / Под.ред.М.Э.Эглит - : Б.и.,. Ответы и реше- ния - 394с.