.



ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.

Вариативная часть, в т.ч. :	__1__ зач. ед.
Лекции	_32_ часа
Практические занятия	__-__ часов
Лабораторные работы	__-__ часов
Индивидуальные занятия с преподавателем	__-__ часов
Самостоятельные занятия, включая подготовку курсовой работы	_4_ часа
Мастер- классы, индивидуальные и групповые Консультации	__-__ часов
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)	__-__ часов
ВСЕГО	36 часов (1 зач. ед.)
Итоговая аттестация	Диф. зачет: 8 семестр

1. 
   ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
   

Целью освоения дисциплины «Магнитная гидродинамика» является изучение методов теоретических исследований течений электропроводной жидкости в магнитном поле и применения этих методов для решения фундаментальных и прикладных задач.
Задачами данного курса являются:

• 
  объединение уравнений электродинамики и гидродинамики в замкнутую систему уравнений электромагнитной гидродинамики;
  
• 
  формулировка магнитогидродинамического приближения, рассмотрение свойств уравнений магнитной гидродинамики и определение критериев подобия;
  
• 
  рассмотрение фундаментальных проблем магнитной гидродинамики - поверхностей разрыва, волновых процессов и устойчивости равновесных конфигураций;
  
• 
  решение прикладных задач: о течениях в магнитогидродинамических каналах, пограничных слоях и краевых электродинамических эффектах.
  

2. 
   Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
   

Дисциплина «Магнитная гидродинамика» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативной части профессионального цикла Б.3.

Дисциплина «Магнитная гидродинамика» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть кода УЦ ООП Б.2 (математический естественнонаучный блок) по дисциплинам «Высшая математика» (математический анализ, высшая алгебра, дифференциальные уравнения и методы математической физики), блока «Общая физика» и региональной составляющей этого блока и относится к профессиональному циклу. Освоение курса необходимо для разносторонней подготовки бакалавров к профессиональной деятельности, включающей как проведение фундаментальных исследований, так и постановку и решение инженерных задач с использованием современной компьютерной техники.

3. 
   Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
   

Освоение дисциплины «Магнитная гидродинамика» направлено на формирование следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций бакалавра:

а) общекультурные (ОК):

• 
  способность к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке целей и выбору путей её достижения, к анализу последствий научной, производственной и социальной деятельности (владение культурой мышления) (ОК-1);
  
• 
  способность логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь, формировать и аргументировано отстаивать собственную позицию (ОК-2);
  
• 
  способность обнаруживать определенные связи, новые точки зрения в предметах обсуждения, интегрировать имеющиеся знания в исследованиях и разработках, обосновывать целесообразность их проведения (ОК-13);
  
• 
  способность к изменению вида и характера своей профессиональной деятельности, к работе над междисциплинарными проектами (ОК-16);
  

б) профессиональные (ПК):

• 
  способность формализовать и решать отдельные части нестандартной задачи в общей постановке (ПК-1);
  
• 
  способность применять основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования в физике, химии, экологии, других естественных и социально-экономических науках (ПК-3);
  
• 
  способность самостоятельно работать на компьютере на уровне квалифицированного пользователя, применять информационно-коммуникационные технологии для обработки, хранения, представления и передачи информации с использованием универсальных пакетов прикладных программ, знание общих подходов и методов по совершенствованию информационно-коммуникационных технологий (ПК-6);
  
• 
  способность применять физические подходы и методы выявления структуры объектов и связи явлений в природе, технике и технологиях (ПК-11);
  
• 
  способность применять теорию и методы математики и информатики для построения качественных и количественных моделей в науке, технике и технологиях (ПК-12);
  
• 
  способность понимать, излагать и критически анализировать получаемую информацию и представлять результаты прикладных математических, физических исследований, направленных на решение инженерных, технических, социально-экономических, информационных технологических инновационных задач (ПК-17).
  

4. 
   конкретные Знания, умения и навыки, формируемые в результате освоения дисциплины
   

В результате освоения дисциплины «Магнитная гидродинамика» обучающийся должен:

1. 
   Знать:
   

• 
  фундаментальные понятия, законы, теории классической и современной физики;
  

• 
  порядки численных величин, характерные для различных разделов электродинамики и гидродинамики;
  

• 
  современные проблемы теплофизики, энергетики, физики земли, математики;
  
• 
  основы термодинамики, молекулярной физики, физики плазмы, газовой динамики,
  
• 
  методы решения задач математической физики,
  
• 
  прикладные проблемы энергетики, авиационно-космических технологий.
  

1. 
   Уметь:
   
• 
  пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных, прикладных и технологических задач;
  
• 
  делать правильные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента;
  
• 
  производить численные оценки по порядку величины;
  
• 
  делать качественные выводы при переходе к предельным условиям в изучаемых проблемах;
  
• 
  видеть в технических задачах физическое содержание;
  
• 
  осваивать новые предметные области, теоретические подходы и экспериментальные методики.
  

3. 
   Владеть:
   

• 
  культурой постановки и моделирования физических задач;
  
• 
  навыками грамотной обработки результатов экспериментов и сопоставления с теоретическими и литературными данными;
  
• 
  практикой исследования и решения теоретических и прикладных задач.
  

5. 
   Структура и содержание дисциплины
   
   1. 
      Структура преподавания дисциплины
      

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам

№ темы и название	Количество часов
1. Уравнения магнитной гидродинамики	8
2. Магнитостатика и магнитогидродинамические течения	14
3. МГД-течения в каналах	14
ВСЕГО (зач. ед. (часов))	36 часов (1 зач. ед.)

Лекции:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Уравнения Максвелла. Нерелятивистское приближение, преобразование Лоренца. Закон Ома. Электродинамические условия на поверхностях разрыва. Уравнения сохранения электрического заряда, импульса и энергии электромагнитного поля. Пондеромоторная сила, тензор плотности потока импульса, плотность потока энергии, плотность работы поля над веществом.	2
2	Интегральные и дифференциальные уравнения сохранения массы, импульса и энергии вещества. Условия на поверхности разрыва. Магнитогидродинамическое приближение, физические ограничения и оценка главных членов в уравнениях Максвелла. Уравнение индукции, вмороженность и диффузия магнитного поля. Критерии подобия магнитной гидродинамики.	2
3	Соотношения на поверхностях разрыва. Классификация поверхностей разрыва. Прямой скачок в идеально проводящей среде, отношение плотностей и допустимые начальные скорости. Ударная адиабата для совершенного газа.	3
4	Невозмущенное состояние и линеаризация уравнений. Альфвеновские волны. Магнитозвуковые волны. Векторные диаграммы магнитогидродинамических волн. Диссипативное затухание альфвеновских волн.	2
5	Равновесие проводящей жидкости в магнитном поле. Условие равновесия ограниченного объема. Равновесные цилиндрические конфигурации, z-пинч и тета-пинч.	3
6	Задача устойчивости скинированного z – пинча. Постановка задачи и линеаризация уравнений. Дисперсионное уравнение. Перестановочная и винтовая моды неустойчивости, способы их подавления, области существования устойчивых конфигураций.	3
7	Постановка задачи Гартмана. Распределение скорости, эффект Гартмана, гидравлическое сопротивление. Распределение давления, пинч-эффект. Распределения плотности тока и магнитного поля, эффект конвекции магнитного поля.	3
8	Уравнения сохранения массы, импульса и энергии среды. Электродинамические уравнения, осреднение гидродинамических параметров потока. Электродинамические параметры канонического потока, осреднение закона Ома, МГД-ускоритель и МГД-генератор.	3
9	Уравнения обращения воздействий. Анализ МГД-воздействий на течение в канале постоянного сечения. Генераторный, ускорительный и тормозной режимы течения, эффекты механического и теплового воздействий. M, u – диаграмма, свойства и предельные режимы течения в МГД-устройствах.	4
10	Пограничный слой на стенках каналов. Уравнения сохранения и электродинамические соотношения. Граничные условия и сопряжение с уравнениями ядра потока. Особенности течений на электродных и изоляционных стенках.	3
11	Вторичные течения, механизм генерации вторичных течений токами Холла. Численное моделирование вторичных течений. Магнитоаэротермическая неустойчивость.	2
12	Концевые электродинамические эффекты в МГД-каналах. Влияние распределения магнитного поля на концевые эффекты. Эффект Холла в канале с секционированными электродами.	2
ВСЕГО (зач. ед. (часов))		32 часа (1 зач. ед.)

Самостоятельная работа:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Уравнения Максвелла. Нерелятивистское приближение, преобразование Лоренца. Закон Ома. Электродинамические условия на поверхностях разрыва. Уравнения сохранения электрического заряда, импульса и энергии электромагнитного поля. Пондеромоторная сила, тензор плотности потока импульса, плотность потока энергии, плотность работы поля над веществом.	0,3
2	Интегральные и дифференциальные уравнения сохранения массы, импульса и энергии вещества. Условия на поверхности разрыва. Магнитогидродинамическое приближение, физические ограничения и оценка главных членов в уравнениях Максвелла. Уравнение индукции, вмороженность и диффузия магнитного поля. Критерии подобия магнитной гидродинамики.	0,3
3	Соотношения на поверхностях разрыва. Классификация поверхностей разрыва. Прямой скачок в идеально проводящей среде, отношение плотностей и допустимые начальные скорости. Ударная адиабата для совершенного газа.	0,3
4	Невозмущенное состояние и линеаризация уравнений. Альфвеновские волны. Магнитозвуковые волны. Векторные диаграммы магнитогидродинамических волн. Диссипативное затухание альфвеновских волн.	0,3
5	Равновесие проводящей жидкости в магнитном поле. Условие равновесия ограниченного объема. Равновесные цилиндрические конфигурации, z-пинч и тета-пинч.	0,3
6	Задача устойчивости скинированного z–пинча. Постановка задачи и линеаризация уравнений. Дисперсионное уравнение. Перестановочная и винтовая моды неустойчивости, способы их подавления, области существования устойчивых конфигураций.	0,3
7	Постановка задачи Гартмана. Распределение скорости, эффект Гартмана, гидравлическое сопротивление. Распределение давления, пинч-эффект. Распределения плотности тока и магнитного поля, эффект конвекции магнитного поля.	0,3
8	Уравнения сохранения массы, импульса и энергии среды. Электродинамические уравнения, осреднение гидродинамических параметров потока. Электродинамические параметры канонического потока, осреднение закона Ома, МГД-ускоритель и МГД-генератор.	0,3
9	Уравнения обращения воздействий. Анализ МГД-воздействий на течение в канале постоянного сечения. Генераторный, ускорительный и тормозной режимы течения, эффекты механического и теплового воздействий. M, u – диаграмма, свойства и предельные режимы течения в МГД-устройствах.	0,4
10	Пограничный слой на стенках каналов. Уравнения сохранения и электродинамические соотношения. Граничные условия и сопряжение с уравнениями ядра потока. Особенности течений на электродных и изоляционных стенках.	0,4
11	Вторичные течения, механизм генерации вторичных течений токами Холла. Численное моделирование вторичных течений. Магнитоаэротермическая неустойчивость.	0,4
12	Концевые электродинамические эффекты в МГД-каналах. Влияние распределения магнитного поля на концевые эффекты. Эффект Холла в канале с секционированными электродами.	0,4
ВСЕГО (зач. ед. (часов))		4 часа

2. 
   Содержание дисциплины
   

№ п/п	Название модулей	Разделы и темы лекционных занятий	Содержание	Объем
				Аудиторная работа (часы)	Самостоятельная работа (часы)
1	I УРАВНЕНИЯ МАГНИТНОЙ ГИДРОДИНАМИКИ	Уравнения электродинамики	Уравнения Максвелла. Нерелятивистское приближение, преобразование Лоренца. Закон Ома. Электродинамические условия на поверхностях разрыва. Уравнения сохранения электрического заряда, импульса и энергии электромагнитного поля. Пондеромоторная сила, тензор плотности потока импульса, плотность потока энергии, плотность работы поля над веществом.	2	0,3
2		Уравнения магнитной гидродинамики	Интегральные и дифференциальные уравнения сохранения массы, импульса и энергии вещества. Условия на поверхности разрыва. Магнитогидродинамическое приближение, физические ограничения и оценка главных членов в уравнениях Максвелла. Уравнение индукции, вмороженность и диффузия магнитного поля. Критерии подобия магнитной гидродинамики.	2	0,3
3		Поверхности разрыва	Соотношения на поверхностях разрыва. Классификация поверхностей разрыва. Прямой скачок в идеально проводящей среде, отношение плотностей и допустимые начальные скорости. Ударная адиабата для совершенного газа.	3	0,3
4		Магнитогидродинамические волны	Невозмущенное состояние и линеаризация уравнений. Альфвеновские волны. Магнитозвуковые волны. Векторные диаграммы магнитогидродинамических волн. Диссипативное затухание альфвеновских волн.	2	0,3
5	II МАГНИТОСТАТИКА И МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ	Магнитостатика	Равновесие проводящей жидкости в магнитном поле. Условие равновесия ограниченного объема. Равновесные цилиндрические конфигурации, z-пинч и тета-пинч.	3	0,3
6		Неустойчивость скинированного z-пинча	Задача устойчивости скинированного z–пинча. Постановка задачи и линеаризация уравнений. Дисперсионное уравнение. Перестановочная и винтовая моды неустойчивости, способы их подавления, области существования устойчивых конфигураций.	3	0,3
7		Задача Гартмана	Постановка задачи Гартмана. Распределение скорости, эффект Гартмана, гидравлическое сопротивление. Распределение давления, пинч-эффект. Распределения плотности тока и магнитного поля, эффект конвекции магнитного поля.	3	0,3
8		Квазиодномерное приближение	Уравнения сохранения массы, импульса и энергии среды. Электродинамические уравнения, осреднение гидродинамических параметров потока. Электродинамические параметры канонического потока, осреднение закона Ома, МГД-ускоритель и МГД-генератор.	3	0,3
9	III МГД-ТЕЧЕНИЯ В КАНАЛАХ	Обращение воздействий в магнитной гидродинамике	Уравнения обращения воздействий. Анализ МГД-воздействий на течение в канале постоянного сечения. Генераторный, ускорительный и тормозной режимы течения, эффекты механического и теплового воздействий. M, u – диаграмма, свойства и предельные режимы течения в МГД-устройствах.	4	0,4
10		Течение у стенок каналов	Пограничный слой на стенках каналов. Уравнения сохранения и электродинамические соотношения. Граничные условия и сопряжение с уравнениями ядра потока. Особенности течений на электродных и изоляционных стенках.	3	0,4
11		Вторичные течения	Вторичные течения, механизм генерации вторичных течений токами Холла. Численное моделирование вторичных течений. Магнитоаэротермическая неустойчивость.	2	0,4
12		Концевые электродинамические эффекты	Концевые электродинамические эффекты в МГД-каналах. Влияние распределения магнитного поля на концевые эффекты. Эффект Холла в канале с секционированными электродами.	2	0,4

6. 
   Образовательные технологии
   

№ п/п	Вид занятия	Форма проведения занятий	Цель
1	лекция	изложение теоретического материала	получение теоретических знаний по дисциплине
2	лекция	изложение теоретического материала с помощью презентаций	повышение степени понимания материала
3	самостоятельная работа студента	подготовка к экзамену и зачету с оценкой	повышение степени понимания материала

7. 
   Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
   

Контрольно-измерительные материалы

Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачета в 8-ом семестре.

1. 
   Уравнения Максвелла. Нерелятивистское приближение, преобразование Лоренца. Закон Ома. Электродинамические условия на поверхностях разрыва.
   
2. 
   Уравнения сохранения электрического заряда, импульса и энергии электромагнитного поля. Пондеромоторная сила, тензор плотности потока импульса, плотность потока энергии, плотность работы поля над веществом.
   
3. 
   Интегральные и дифференциальные уравнения сохранения массы, импульса и энергии вещества. Условия на поверхности разрыва.
   
4. 
   Магнитогидродинамическое приближение, физические ограничения и оценка главных членов в уравнениях Максвелла. Уравнение индукции, вмороженность и диффузия магнитного поля. Критерии подобия магнитной гидродинамики.
   
5. 
   Соотношения на поверхностях разрыва. Классификация поверхностей разрыва. Прямой скачок в идеально проводящей среде, отношение плотностей и допустимые начальные скорости. Ударная адиабата для совершенного газа.
   
6. 
   Невозмущенное состояние и линеаризация уравнений. Альфвеновские волны. Магнитозвуковые волны. Векторные диаграммы магнитогидродинамических волн. Диссипативное затухание альфвеновских волн.
   
7. 
   Равновесие проводящей жидкости в магнитном поле. Равновесные цилиндрические конфигурации, z-пинч и -пинч. Задача устойчивости скинированного z – пинча. Дисперсионное уравнение. Перестановочная и винтовая моды неустойчивости.
   
8. 
   Эффект Гартмана, распределения скорости и давления, гидравлическое сопротивление. Пинч-эффект. Распределения плотности тока и магнитного поля, эффект конвекции магнитного поля.
   
9. 
   Квазиодномерное приближение. Уравнения сохранения массы, импульса и энергии среды.
   
10. 
    Обращение воздействий в магнитной гидродинамике. Генераторный, ускорительный и тормозной режимы течения, эффекты механического и теплового воздействий.
    
11. 
    МГД – течения в каналах. Пограничный слой на стенках каналов. Уравнения сохранения и электродинамические соотношения. Особенности течений на электродных и изоляционных стенках.
    
12. 
    Вторичные течения, механизм генерации вторичных течений токами Холла. Численное моделирование вторичных течений. Магнитоаэротермическая неустойчивость.
    
13. 
    Концевые электродинамические эффекты в МГД-каналах. Влияние распределения магнитного поля на концевые эффекты. Эффект Холла в канале с секционированными электродами.
    

8. 
   Материально-техническое обеспечение дисциплины
   
   1. 
      Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор), доступ к сети Интернет
      

9. 
   Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
   

1. 
   Основная литература
   

1. 
   Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том VIII. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2003.
   
2. 
   Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики. М.: Едиториал УРСС, 2004.
   

Дополнительная литература

1. 
   Шерклиф Дж. Курс магнитной гидродинамики. М.: Мир, 1967. 320с.
   
2. 
   Куликовский А.Г., Любимов Г.А. Магнитная гидродинамика, М.: Физматгиз, 1962. 248с.
   

Электронные ресурсы, включая доступ к базам данных и т.д.

1. 
   Курс лекций «Физика плазмы», http://www.inp.nsk.su/chairs/plasma/sk/fpl.ru.shtml
   

Программу составил

__________________ (д.т.н., профессор Медин С.А.)

«_____»_________2012 г.