Гидродинамика открытых систем

  1. Название дисциплины: Гидродинамика открытых систем
  2. Уровень высшего образования – подготовка научно-педагогических кадров в аспирантуре.
  1. Направление подготовки: 03.06.01 «Физика и Астрономия». Научная специальность: 01.01.03, 01.04.06 , 01.04.17, 05.13.18, 25.00.29.
  1. Место дисциплины (модуля) в структуре ООП: курс относится к дисциплинам научной специальности вариативной части Блока 1, по результатам освоения которых обучающиеся сдают кандидатский экзамен по научной специальности.
  1. Планируемые результаты обучения по дисциплине, соотнесенные с планируемыми результатами освоения образовательной программы (компетенциями выпускников).
Формируемые компетенции
(код компетенции)		 Планируемые результаты обучения по дисциплине
УК-1  У1 (УК-1) Уметь анализировать альтернативные варианты решения исследовательских и практических задач и оценивать потенциальные выигрыши/проигрыши реализации этих вариантов при описании динамики вихревых структур.
В2 (УК-1) Владеть навыками критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач, связанных с вихревой динамикой, в том числе в междисциплинарных областях (гидродинамика, физико-химическая кинетика, теория горения и взрыва).
УК-3 З1 (УК-3) Знать особенности представления результатов научной деятельности в устной и письменной форме при работе в российских и международных исследовательских коллективах в области гидродинамики открытых систем.
В2 (УК-3) Владеть технологиями оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, связанных с расчетом открытых систем, в том числе ведущейся на иностранном языке.
УК-5(6) У1 (УК-5(6)) Уметь формулировать цели личностного и профессионального развития в области описания вихревых структур и условия их достижения, исходя из тенденций развития области профессиональной деятельности, этапов профессионального роста, индивидуально-личностных особенностей.
  1. Объем дисциплины (модуля) в зачетных единицах с указанием количества академических или астрономических часов, выделенных на контактную работу обучающихся с преподавателем (по видам учебных занятий) и на самостоятельную работу обучающихся:

Объем дисциплины составляет 3 зачетных единицы, всего 108 часов, из которых 52 часа составляет контактная работа аспиранта с преподавателем (30 часов занятия лекционного типа, 6 часов занятия семинарского типа (семинары), 6 часов индивидуальные консультации, 8 часов мероприятия текущего контроля успеваемости, 2 часа мероприятия промежуточной аттестации), 56 часов составляет самостоятельная работа аспиранта.

  1. Входные требования для освоения дисциплины (модуля), предварительные условия:

Обучающиеся должны обладать базовыми знаниями по механике сплошных сред и физико-химической кинетике.

  1. Формат обучения: очный, дистанционное обучение не предусмотрено
  1. Содержание дисциплины, структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и виды учебных занятий
Наименование и краткое содержание разделов и тем дисциплины (модуля),
форма промежуточной аттестации по дисциплине (модулю)		 Всего
(часы)		 В том числе
  Контактная работа (работа во взаимодействии с преподавателем), часы
из них		 Самостоятельная работа обучающегося, часы
из них
  Занятия лекционного  типа  Занятия семинарского типа  Групповые консультации Индивидуальные консультации Учебные занятия, направленные на проведение текущего контроля успеваемости коллоквиумы, практические контрольные занятия и др)* Всего  Выполне-ние домашних заданий Подготов-ка рефератов и т.п.. Всего
Тема 1. Открытые системы. Баланс энергии и энтропии. Стационарные неравновесные состояния. Примеры открытых систем различных масштабов. Самоорганизация в открытых системах. Диссипативные структуры. 8 4         4 4   4
Тема 2. Неравновесная термодинамика. Потоки и силы. Производство энтропии и соотношения взаимности Онсагера. Теорема Пригожина 5 3         3   2 2
Тема 3. Физико-химическая кинетика. Вращательный, колебательный, электронный энергообмен, химические реакции. Гетерогенная релаксация, каталитичность поверхности. 16 4 2   2 2 10 4 2 6
1. Тема 4. Гидродинамика релаксирующих и реагирующих сред. Влияние неравновесных процессов на гидродинамические потоки. Изменения в системе гидродинамических уравнений и в граничных условиях. 16 4 2   2 2 10 4 2 6
Тема 5. Конвекция в неравновесных средах. Рэлеевский механизм и конвекция Марангони. Задача Бенара в линейном и нелинейном приближениях 9 3       2 5 4   4
Тема 6. Теория теплового взрыва  Н.Н.Семенова как пример модели открытой системы с резким изменением стационарного состояния при малом изменении внешних условий. Приближение Франк-Каменецкого. Влияние обратных процессов 12 4 2       6 4 2 6
Тема 7. Стационарное состояние в неравновесных системах с учетом накачки энергии во внутренние степени свободы и теплоотвода из поступательных степеней. Влияние изменения теплоотвода при начале конвекции на переход в новое стационарное состояние. 12 4     2 2 8   4 4
Тема 8. Влияние гидродинамической неустойчивости на переход в новое стационарное состояние в открытых системах. Примеры.  12 4     2 2 8   4 4
Промежуточная аттестация                20    
Итого  108 30 6   6 10 52 40 16 56
  1. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы аспирантов по дисциплине.

Самостоятельная работа аспиранта проводится в виде выполнения практических самостоятельных работ (ПСР) в форме решения задач и анализа предложенных публикаций по теме.

Текущий контроль осуществляется путем индивидуального обсуждения с преподавателем выполненного ПСР или путем групповой дискуссии в группе аспирантов при участии преподавателя.

  1. Фонд оценочных средств для промежуточной аттестации по дисциплине
РЕЗУЛЬТАТ ОБУЧЕНИЯ
 по дисциплине (модулю)		 КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТА ОБУЧЕНИЯ
по дисциплине (модулю) и
ШКАЛА оценивания		 ПРОЦЕДУРЫ ОЦЕНИВАНИЯ*
  2 3 4 5
У1 (УК-1) Уметь анализировать альтернативные варианты решения исследовательских и практических задач и оценивать потенциальные выигрыши/проигрыши реализации этих вариантов при анализе гидродинамических процессов в открытых системах.   Частично освоенное умение анализировать альтернативные варианты решения исследовательских и практических задач и оценивать потенциальные выигрыши/проигрыши реализации этих вариантов В целом успешно, но не систематически осуществляемые анализ альтернативных вариантов решения исследовательских и практических задач и оценка потенциальных выигрышей/проигрышей реализации этих вариантов В целом успешно, но содержащие отдельные пробелы анализ альтернативных вариантов решения исследовательских задач и оценка потенциальных выигрышей/проигрышей реализации этих вариантов Сформированное умение анализировать альтернативные варианты решения исследовательских и практических задач и оценивать потенциальные выигрыши/проигрыши реализации этих вариантов Индивидуальное собеседование, письменные ответы на вопросы, практические контрольные задания на анализ использованных при решении задач приближений
В2 (УК-1) Владеть навыками критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач, связанных с вихревой динамикой, в том числе в междисциплинарных областях (гидродинамика, физико-химическая кинетика, неравновесная термодинамика). Фрагментарное применение технологий критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач. В целом успешное, но не систематическое применение технологий критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач. В целом успешное, но содержащее отдельные пробелы применение технологий критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач. Успешное и систематическое применение технологий критического анализа и оценки современных научных достижений и результатов деятельности по решению исследовательских и практических задач. Индивидуальное собеседование, практические контрольные задания на анализ результатов, полученных в научных статьях
З1 (УК-3) Знать особенности представления результатов научной деятельности в устной и письменной форме при работе в российских и международных исследовательских коллективах в области гидродинамики вихрей. Фрагментарные знания особенностей предоставления результатов научной деятельности в устной и письменной форме Неполные знания особенностей представления результатов научной деятельности в устной и письменной форме, при работе в российских и международных коллективах Сформированные, но содержащие отдельные пробелы знания основных особенностей представления результатов научной деятельности в устной и письменной форме при работе в российских и международных исследовательских коллективах Сформированные и систематические знания особенностей представления результатов научной деятельности в устной и письменной форме при работе в российских и международных исследовательских коллективах Индивидуальное собеседование, письменные ответы на вопросы
В2 (УК-3) Владеть технологиями оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, связанных с вихревыми структурами, в том числе ведущейся на иностранном языке. Фрагментарное применение технологий оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, в том числе ведущейся на иностранном языке В целом успешное, но не систематическое применение технологий оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, в том числе ведущейся на иностранном языке В целом успешное, но сопровождающееся отдельными ошибками применение технологий оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, в том числе ведущейся на иностранном языке Успешное и систематическое применение технологий оценки результатов коллективной деятельности по решению научных и научно-образовательных задач, в том числе ведущейся на иностранном языке Индивидуальное собеседование, практические контрольные задания на анализ результатов, полученных в научных статьях
У1 (УК-5(6)) Уметь формулировать цели личностного и профессионального развития в области описания вихревых структур и условия их достижения, исходя из тенденций развития области профессиональной деятельности, этапов профессионального роста, индивидуально-личностных особенностей. Имея базовые представления о тенденциях развития профессиональной деятельности и этапах профессионального роста, не способен сформулировать цели профессионального и личностного развития. При формулировке целей профессионального и личностного развития не учитывает тенденции развития сферы профессиональной деятельности и индивидуально-личностные особенности. Формулирует цели личностного и профессионального развития, исходя из тенденций развития сферы профессиональной деятельности и индивидуально-личностных особенностей, но не полностью учитывает возможные этапы профессиональной социализации. Готов и умеет формулировать цели личностного и профессионального развития и условия их достижения, исходя из тенденций развития области профессиональной деятельности, этапов профессионального роста, индивидуально-личностных особенностей. Индивидуальное собеседование, письменные ответы на вопросы
  • Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки результатов обучения, характеризующих этапы формирования компетенций

Вопросы и задания по курсу:

  1. Первое и второе начала термодинамики в открытых системах.
  2. Примеры открытых систем.
  3. Почему при замене переменных в потоках и силах соотношения Онсагера перестают выполняться?
  4. Иерархия времен в физико-химической кинетике.
  5. Какие добавочные члены и какие новые уравнения добавляются в гидродинамике релаксирующих и реагирующих сред?
  6. Число Био и его физический смысл.
  7. Критические числа Рэлея и Марангони.
  8. Точки потери устойчивости системы в теориях Семенова и Франк-Каменецкого для задачи теплового взрыва и их физический смысл
  9. Зависимость кривой нейтральной стабильности от числа Рэлея, профиля температуры и неравновесности, связанной с экзотермическими реакциями.
  • Методические материалы, определяющие процедуры оценивания результатов обучения

Презентации лекций в электронной форме. Рассылаются обучающимся перед каждой лекцией.

  1. Ресурсное обеспечение:
  • Перечень основной и дополнительной учебной литературы
  • Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Гидродинамика, т VI, М: Наука, 1988- 733 с.
  • Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур, М.:Мир,2002-461 с.
  • Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987-502 с.
  • Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная неустойчивость несжимаемой жидкости. М.: Наука, 1972-392 с.
  • Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры, М.: Наука, 1980-512 с.
  • Осипов А.И., Уваров А.В. Неравновесный газ: проблемы устойчивости//Успехи физических наук, 1996, т.166, №6, с.639-650.
  • Описание материально-технической базы.

Аудитория для проведения занятий, компьютер, проектор.

 

  1. Язык преподавания. Русский
  1. Преподаватель: проф., Уваров Александр Викторович, д.-.ф.-м.н.
Подробности