Струйные течения в молекулярных и сплошных средах

Лектор: к.ф.-м.н., доцент Иванов Игорь Эдуардович

Код курса:  

Аннотация курса

Струйные течения являются необходимым элементом многих природных явлений, а так же различных физических и технических устройств. Понимание физической картины течения в струйных потоках – необходимая компонента физического образования. При этом теория струй является важным и глубоко разработанным классическим  разделом физической гидромеханики, в то время как турбулентные газовые и плазменные течения возможно моделировать лишь с помощью довольно сложных численных моделей. В лекционном курсе излагаются вопросы классификации струйных течений, основные физические эффекты в струях, которые следует учитывать, основные структуры возникающие в струйных потоках. Будут рассмотрены основные подходы при исследовании струйных течений: аналитические и полуаналитические для некоторых простейших течений несжимаемой жидкости, численные для моделирования широкого класса задач и экспериментальные. В рамках курса студенты получают представление о перспективах и проблемах, ограничениях использования различных физических методов для анализа физических, механических, биологических явлений и процессов.
Статус: По выбору
Аудитория: специальный
Специализация: Молекулярная физика
Семестр: аспирантура
Трудоёмкость: 4 з.е.
Лекций: 32 часов
Семинаров: -
Практ. занятий: -
Отчётность: экзамен
Начальные
компетенции:		  
Приобретаемые
компетенции:		  

Приобретаемые знания и умения

В результате освоения дисциплины обучающийся должен углубить теоретические и практические знания  о структурах струйных течений и методах их расчета.

Образовательные технологии

Лекции читаются с использованием современных мультимедийных возможностей и проекционного оборудования. Курс имеет электронную версию для презентации.

Логическая и содержательно-методическая взаимосвязь с другими частями ООП

Курс логически и содержательно-методически связан с курсами: “Механика сплошных сред", “Физическая газодинамика”, “Физика газового разряда”, “Физические основы методов исследования потоков”.

Дисциплины и практики, для которых освоение данного курса необходимо как предшествующего

Научно-исследовательская практика, научно-исследовательская работа, курсовая работа, дипломная работа, аспирантура по специальности “Химическая физика, горение и взрыв, физика экстремального состояния вещества”.

Основные учебные пособия, обеспечивающие курс

1.      Механика жидкости и газа. П.Г.Лойцянский. М.:Наука,1973, 848 с.

2.      Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. Волков К.Н., Емельянов В.Н., М.: Физматлит, 2008, 364 с.

3.      Сверхзвуковые струи плазмы. Г.А.Лукьянов, Ленинград.: 1985. 264 с.

4.      Газодинамика сверхзвуковых неизобарических струй. Ашратов Э.А., Иванов  А.В., Пирумов У.Г., М.: Машиностроение 1989, 320 с.

5.      Теория турбулентных струй. Абрамович Г.Н., Москва, ГИ физ-мат лит. 1960, 716с.

6.      Газодинамические, молекулярные, ионные пучки. Александров М.Л., Куснер Ю.С., Ленинград.: Наука 1989, 270 с.

Основные учебно-методические работы, обеспечивающие курс
  1. Моделирование турбулентных течений: Учебное пособие / И.А. Белов, С.А.Исаев, Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2001. 108 с.

 

Основные научные статьи, обеспечивающие курс
  1. Методы генерации молекулярных пучков. Н.Н. Кудрявцев, О.А. Мазяр, А.М. Сухов УФН, 1993, Т.163, №6, с.75-92.
  2. Источники кластерного пучка. Часть 1. Методы получения кластерных пучков. А.Ю. Карпенко, В.А. Батурин Журнал Нано-Электронной физики  , Том 4 , № 3, 03015(13c) (2012).
  3. Метод расчета турбулентных сверхзвуковых течений. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Математическое моделирование. 2009, т. 21, № 12, c.103 - 121.
  4. Численное моделирование многофазных течений с большим содержанием дисперсной фазы. Иванов И.Э., Вестник Московского авиационного института. 2009, т.16, №2, с. 62-70

Программное обеспечение и ресурсы в интернете

 
Контроль успеваемости

Окончательная аттестация проводится в конце курса в форме экзамена с оценкой. Критерии формирования оценки – уровень знаний по пройденному курсу.

Текущая аттестация проводится еженедельно. Критерии формирования оценки – посещаемость занятий, активность слушателей на лекциях.

Структура и содержание дисциплины

Раздел

Неделя

Введение в теорию струйных течений. Примеры струйных течений в природе и в инженерной практике.  Определение струйных течений. Классификация струйных течений. Основные понятия газодинамики струйных течений.

1

Введение в теорию струй  плоских и установившихся течений (несжимаемая, идеальная жидкость). Основные предположения. Метод Жуковского.

2-3

Истечение из сосудов. Задачи о свободных струях. Соударение струй. Эффект кумуляции.

4

Генераторы газодинамических, плазменных и кластерных струй. Теория сопла. Течение газа в сопле. Течение вязкого газа в сопле, отрывные течения.

5-6

Нерасчетные течения газодинамической струи. Структура недорасширенной и перерасширенной струи, течение около кромки сопла. Влияние вязкости и турбулентности на течение в струе. Влияние пространственных эффектов. Релаксационные процессы.

7

Турбулентных струи. Понятие турбулентности. Свободные течения, турбулентный пограничный слой. Теория Прандтля.

8-9

Краткий обзор современных численных методов расчета турбулентных течений.

DNS, LES, DES, RANS – подходы.

9-10

Уравнения Рейнольдса. Осреднение по Рейнольдсу и Фавру. Замыкание и модели турбулентности (алгебраические и дифференцияльные одно-, двух-  и трех- параметрические).

11-12

Струи разреженного газа. Молекулярные пучки. Эффузия разреженного газа, тепловая эффузия, тепловое скольжение.

13-14

Сверхзвуковые струи плазмы. Основные понятия физики плазмы. Явления переноса в плазме. Физические процессы в струях плазмы.

15

Двухфазные струи. Особенности физической картины течения. Математические модели двухфазных течений. Технические приложения: гидрорезка, пожаротушение.

16

 

Подробности