Лектор

К.ф.-м.н., с.н.с., Винниченко Николай Аркадьевич, nickvinn@yandex.ru, 8(495)939-26-94.

Аннотация дисциплины

В курсе рассматривается влияние релаксационных процессов и энерговыделения на гидродинамику газовых сред, модернизация уравнений гидродинамики и граничных условий с учетом релаксационных процессов, а также стандартные вопросы, связанные с распространением малых возмущений в релаксирующей среде, структурой ударных и детонационных волн, процессами горения, стационарная теория теплового взрыва и проблемы конвективного энергообмена при объемном энерговыделении. Существенное место в курсе занимает анализ параметров подобия, связанных с объемным энерговыделением и энергообменом на границе раздела сред.   Самостоятельная работа студентов реализуется в форме домашних заданий и контрольных работ, связанных с решением задач по материалам курса.

Цели освоения дисциплины

Целью курса является приобретение студентами практических навыков в работе с уравнениями релаксационной и межфазной гидродинамики, анализу параметров подобия и выявления основных факторов, влияющих на гидродинамику системы.

Задачи дисциплины

В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать основные физические модели, описывающие тепло- и массобмен в реагирующих и неравновесных средах, уметь определять характер течения по оценке параметров подобия, пользоваться эмпирическими формулами, решать задачи по тепло- и массообмену.

Компетенции

     Компетенции, необходимые для освоения дисциплины - ОНК-5, ПК-1.

     Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины - СК-2, ПК-2.

Требования к результатам освоения содержания дисциплины

В результате освоения дисциплины студент должен

знать модели релаксационной и межфазной гидродинамики;

уметь провести простейшие расчеты параметров гидродинамических систем и критериев подобия;

владеть навыками оценок и расчетов для межфазных систем и систем с энерговыделением.

Содержание и структура дисциплины

Место дисциплины в структуре ООП ВПО

1. Спецкурс кафедры (по выбору).
2. Вариативная часть, блок В-ПД.

• К началу освоения данного курса необходимы знания основ физической гидродинамики, а также знания по термодинамике и статистической физике, в том числе понятие об описании внутренних степеней свободы молекул.
• Освоение курса необходимо для выполнения научно-исследовательской практики, связанной с физической гидродинамикой, ударными волнами, проведением инженерных расчетов теплообмена.

Образовательные технологии

Использование в учебном процессе демонстрационных фильмов с численной или экспериментальной визуализацией изучаемого течения. Использование в качестве примеров научных задач, решавшихся сотрудниками кафедры. Дистанционное сопровождение домашних заданий. Дистанционное сопровождение учебного курса.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации

Примеры контрольных вопросов:

1. Как меняется число стационарных решений при уменьшении коэффициента теплопередачи с окружающей средой в теории Семенова с учетом обратных реакций?
2. Как изменится давление за фронтом ударной волны, если при одинаковом начальном давлении и числе Маха заменить одноатомный газ на двухатомный?
3. Как можно оценить скорость волны горения, зная параметры среды?
4. Чем число Био отличается от числа Нуссельта?
5. Может ли за фронтом детонационной волны в релаксационной зоне не происходить изменений газодинамических параметров?
6. Почему детонационная волна в заданном взрывчатом веществе распространяется с одной определенной скоростью?
7. Какие силы способствуют конвекции в жидкости при нагреве ее снизу и какие силы препятствуют этому процессу?

Примеры задач из домашних заданий и контрольных работ:

1. Вычислить колебательную температуру неравновесного газа, при которой звук в азоте начнет усиливаться. Колебательную теплоемкость принять равной единице. Т=300 К, р=1 атм,  атм с.
2. Ширина плоского слоя увеличилась в 2 раза. Как изменится энерговыделение в точке теплового взрыва при сохранении энергии активации?
3. В двухатомном газе с  и давлением р₀=0.3 атм распространяется ударная волна с М=4. Оценить давление в конце релаксационной зоны, ответ обосновать. Оценить ширину релаксационной зоны, если зависимость времени релаксации от температуры дается соотношением . Колебательную теплоемкость за фронтом считать постоянной и равной , скорость звука перед волной равна 300 м/с.
4. Горячая картофелина диаметром 10 см с начальной температурой 50°C остужается потоком воздуха со скоростью 1 м/с и температурой 20°C. Теплопроводность картофелины 0.5 Вт/(м К), воздуха — 0.025 Вт/(м К). Вязкость воздуха 1.8∙10^-5 Па∙с, давление атмосферное. Найти мощность теплоотдачи и нормальную производную температуры на поверхности картофелины в начальный момент времени.

Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Основная литература

1. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц Гидродинамика, Наука, 1986.
2. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1963.
3. Е.В. Ступоченко, С.А. Лосев, А.И. Осипов Релаксационные процессы в ударных волнах, Физматгиз, 1965.
4. Х. Уонг Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров, Атомиздат, 1979.

Дополнительная литература

1. Y.A. Cengel Heat transfer: a practical approach, McGraw-Hill, 2003.
2. Осипов А.И., Уваров А.В. Неравновесный газ: проблема устойчивости // Успехи физических наук, 1996, т.166, №6, с.639-650.
3. Осипов А.И., Уваров А.В. Кинетические и газодинамические процессы в неравновесной молекулярной физике // Успехи физических наук, 1992, т.162, №11, с.1-42.

4. Roschina N.A., Uvarov A.V., Osipov A.I. Natural convection in an annulus between coaxial horizontal cylinders with internal heat generation // Int. J. Heat Mass Transfer, 2006, v.3, №1-2, pp.40-47.

1. А.И. Осипов. Неравновесный газ. Соросовский обр. журнал, 1998, №7, с.95-101.
2. А.И. Осипов, А.В. Уваров. Физика неравновесного газа. Природа, 2001, №10, с.61-68.

Материально-техническое обеспечение

В соответствии с требованиями п.5.3. образовательного стандарта МГУ по направлению подготовки «Физика».

Аудитория 2-44.

В наличии есть проектор и компьютер для презентации.