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.Горелова

СОГЛАСОВАНО

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.