.



ОБЪЁМ УЧЕБНОЙ НАГРУЗКИ И ВИДЫ ОТЧЁТНОСТИ.

Вариативная часть, в т.ч. :	__2__ зач. ед.
Лекции	_34_ часа
Практические занятия	__-__ часов
Лабораторные работы	__-__ часов
Индивидуальные занятия с преподавателем	__-__ часов
Самостоятельные занятия, включая подготовку курсовой работы	_34_ часа
Мастер- классы, индивидуальные и групповые Консультации	__-__ часов
Самостоятельные занятия (работа над коллективными и индивидуальными проектами, курсовые работы)	__-__ часов
ВСЕГО	68 часов (2 зач. ед.)
Итоговая аттестация	Диф. зачет: 7 семестр

1. 
   ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
   

Целью освоения дисциплины «Основы газодинамики» является изучение основных законов газодинамики невязкого и вязкого газа, различных явлений, описываемых этими законами и применений этих законов для решения практических задач.
Задачами данного курса являются:

• 
  получение представлений о круге задач, решаемых в рамках механики сплошной среды;
  
• 
  вывод и изучение основных уравнений газовой динамики невязкого и вязкого газа;
  
• 
  изучение основных автомодельных решений уравнений газовой динамики, включая волну Римана, прямой и косой скачок;
  
• 
  изучение дозвуковых и сверхзвуковых одномерных и плоских течений;
  
• 
  получение представлений о численных методах решения уравнений газовой динамики;
  
• 
  получение представлений о применении законов гидродинамики для решения практических задач.
  

2. 
   Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
   

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

Дисциплина «Основы газодинамики» 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 «Основы газодинамики» 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 находить организационно-управленческие решения в нестандартных ситуациях и готовность нести за них ответственность (ОК-4);
  
• 
  способность к саморазвитию, повышению квалификации, устранению пробелов в знаниях и самостоятельному обучению в контексте непрерывного образования, способность осваивать новую проблематику, язык, методологию и научные знания в избранной предметной области (ОК-6);
  
• 
  способность критически оценивать свои достоинства и недостатки, намечать пути и выбирать средства развития достоинств и устранения недостатков (ОК-7);
  

б) профессиональные (ПК):

• 
  способность формализовать и решать отдельные части нестандартной задачи в общей постановке (ПК-1);
  
• 
  способность к пониманию важности воздействия внешних факторов, и их учёта в ходе исследований и разработок (ПК-2);
  
• 
  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 применять базовую лексику и основную терминологию по направлению подготовки, способность к подготовке и редактированию текстов профессионального и социально-значимого содержания на русском и английском языках (ПК-5);
  
• 
  способность представлять планы и результаты собственной деятельности с использованием различных средств, ориентируясь на потребности аудитории, в том числе в форме отчётов, презентаций, докладов на русском и английском языках (ПК-7);
  
• 
  способность планировать и проводить простые эксперименты и исследования, выполнять проекты и задания (ПК-9).
  

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

1. 
   Знать:
   

• 
  законы сохранения массы, импульса и энергии в газодинамике в дифференциальной и интегральной формах;
  
• 
  уравнения Гюгонио для прямого скачка;
  

• 
  инварианты Римана;
  
• 
  решение задачи о распаде произвольного разрыва;
  

• 
  уравнение Навье-Стокса;
  
• 
  кинетическое уравнение Больцмана.
  

1. 
   Уметь:
   

• 
  выводить уравнения газовой динамики невязкого и вязкого газа и преобразовывать их к виду законов сохранения;
  
• 
  выводить уравнения Гюгонио для прямого скачка и оценивать параметры вещества за фронтом ударной волны;
  
• 
  выводить инварианты Римана и уметь ими пользоваться для решения задач методом характеристик;
  
• 
  качественно представлять себе поведение различных характеристик (плотности, давления, скорости) в волне Римана и ударной волне;
  
• 
  находить качественное решение задачи о распаде произвольного разрыва;
  
• 
  изображать детонационную ударную адиабату и точку Чепмена-Жуге;
  
• 
  качественно изображать двумерные стационарные течения.
  

1. 
   Владеть:
   

• 
  навыками решения автомодельных задач газовой динамики;
  
• 
  навыками качественного изображения характеристик при изоэнтропическом течении;
  
• 
  практикой качественного решения задачи о распаде разрыва для качественного анализа ударно-волновых экспериментов;
  
• 
  практикой решения одномерных газодинамических задач с помощью Web-интерфейса базы данных ударно-волновых экспериментов.
  

5. 
   Структура и содержание дисциплины
   
   1. 
      Структура преподавания дисциплины
      

Перечень разделов дисциплины и распределение времени по темам

№ темы и название	Количество часов
1. Уравнения газовой динамики	22
2. Автомодельные решения уравнений газовой динамики	22
3. Решения одномерных и двумерных задач газовой динамики	24
ВСЕГО( зач. ед.(часов))	64 часа (2 зач. ед.)

Лекции:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Математическая модель газовой динамики. Характеристики сплошной среды, связь с термодинамикой. Уравнения газовой динамики. Линеаризация уравнений газовой динамики, звуковые волны.	2
2	Вязкость и теплопроводность. Тензор вязких напряжений, поток тепла. Закон Фурье. Критерии необходимости учета вязкости и теплопроводности. Уравнение Навье-Стокса. Течение по трубе.	2
3	Кинетическое уравнение Больцмана. Принцип детального равновесия. Интеграл столкновений. Связь кинетического уравнения с уравнениями гидродинамики. Кинетические коэффициенты.	2
4	Гиперболические системы квазилинейных уравнений. Собственные векторы. Система законов сохранения. Метод Годунова решения систем квазилинейных гиперболических уравнений.	3
5	Ударные волны. Соотношения на прямом скачке, уравнение Гюгонио. Ударная адиабата. Ударные волны в газе с постоянной теплоемкостью. Выражения для термодинамических величин за фронтом ударной волны. Предельная степень сжатия.	3
6	Плоское изоэнтропическое течение, характеристики, инварианты Римана.	4
7	Волна разрежения, центрированная волна разрежения. Выражения для термодинамических функций в волне разрежения для газа с постоянной теплоемкостью. Истечение в вакуум.	4
8	Задача о распаде произвольного разрыва. Качественный анализ возможных комбинаций автомодельных решений. Ударно-волновые эксперименты в конденсированных веществах. Методы торможения и отражения, их анализ с помощью решения задачи о распаде разрыва.	4
9	Детонация. Детонационная адиабата. Точка Чепмена-Жуге. Термодинамические параметры за фронтом сильной детонационной волны в точке Чепмена-Жуге.	4
10	Структура фронта ударной волны в вязкой или теплопроводной среде. Ширина фронта. Изотермический скачок.	2
11	Устойчивость стационарного движения жидкости. Понятие о турбулентности. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.	2
12	Двумерное стационарное течение. Косой скачок уплотнения. Ударная поляра. Течение Прандтля-Майера.	2
ВСЕГО ( зач. ед.(часов))		34 часа (1 зач. ед.)

Самостоятельная работа:

№ п.п.	Темы	Трудоёмкость (количество часов)
1	Математическая модель газовой динамики. Характеристики сплошной среды, связь с термодинамикой. Уравнения газовой динамики. Линеаризация уравнений газовой динамики, звуковые волны.	2
2	Вязкость и теплопроводность. Тензор вязких напряжений, поток тепла. Закон Фурье. Критерии необходимости учета вязкости и теплопроводности. Уравнение Навье-Стокса. Течение по трубе.	2
3	Кинетическое уравнение Больцмана. Принцип детального равновесия. Интеграл столкновений. Связь кинетического уравнения с уравнениями гидродинамики. Кинетические коэффициенты.	2
4	Гиперболические системы квазилинейных уравнений. Собственные векторы. Система законов сохранения. Метод Годунова решения систем квазилинейных гиперболических уравнений.	3
5	Ударные волны. Соотношения на прямом скачке, уравнение Гюгонио. Ударная адиабата. Ударные волны в газе с постоянной теплоемкостью. Выражения для термодинамических величин за фронтом ударной волны. Предельная степень сжатия.	3
6	Плоское изоэнтропическое течение, характеристики, инварианты Римана.	4
7	Волна разрежения, центрированная волна разрежения. Выражения для термодинамических функций в волне разрежения для газа с постоянной теплоемкостью. Истечение в вакуум.	4
8	Задача о распаде произвольного разрыва. Качественный анализ возможных комбинаций автомодельных решений. Ударно-волновые эксперименты в конденсированных веществах. Методы торможения и отражения, их анализ с помощью решения задачи о распаде разрыва.	4
9	Детонация. Детонационная адиабата. Точка Чепмена-Жуге. Термодинамические параметры за фронтом сильной детонационной волны в точке Чепмена-Жуге.	4
10	Структура фронта ударной волны в вязкой или теплопроводной среде. Ширина фронта. Изотермический скачок.	2
11	Устойчивость стационарного движения жидкости. Понятие о турбулентности. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.	2
12	Двумерное стационарное течение. Косой скачок уплотнения. Ударная поляра. Течение Прандтля-Майера.	2
ВСЕГО ( зач. ед.(часов))		34 часа (1 зач. ед.)

2. 
   Содержание дисциплины
   

№ п/п	Название модулей	Разделы и темы лекционных занятий	Содержание	Объем
				Аудиторная работа (часы)	Самостоятельная работа (часы)
1	I уравнения газовой динамики	Вывод уравнений газовой динамики	Математическая модель газовой динамики. Характеристики сплошной среды, связь с термодинамикой. Уравнения газовой динамики. Линеаризация уравнений газовой динамики, звуковые волны.	2	2
2		Вязкость и теплопроводность	Вязкость и теплопроводность. Тензор вязких напряжений, поток тепла. Закон Фурье. Критерии необходимости учета вязкости и теплопроводности. Уравнение Навье-Стокса. Течение по трубе.	2	2
3		Кинетическое уравнение и его связь с гидродинамикой	Кинетическое уравнение Больцмана. Принцип детального равновесия. Интеграл столкновений. Связь кинетического уравнения с уравнениями гидродинамики. Кинетические коэффициенты.	2	2
4		Гиперболические системы квазилинейных уравнений	Гиперболические системы квазилинейных уравнений. Собственные векторы. Система законов сохранения. Метод Годунова решения систем квазилинейных гиперболических уравнений.	3	3
5	II АВТОМОДЕЛЬНЫЕ РЕШЕНИЯ УРАВНЕНИЙ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ	Ударные волны и уравнения Гюгонио	Ударные волны. Соотношения на прямом скачке, уравнение Гюгонио. Ударная адиабата. Ударные волны в газе с постоянной теплоемкостью. Выражения для термодинамических величин за фронтом ударной волны. Предельная степень сжатия.	3	3
6		Плоское изоэнтропическое течение	Плоское изоэнтропическое течение, характеристики, инварианты Римана.	4	4
7		Центрированная волна разрежения	Волна разрежения, центрированная волна разрежения. Выражения для термодинамических функций в волне разрежения для газа с постоянной теплоемкостью. Истечение в вакуум.	4	4
8		Задача о распаде произвольного разрыва	Задача о распаде произвольного разрыва. Качественный анализ возможных комбинаций автомодельных решений. Ударно-волновые эксперименты в конденсированных веществах. Методы торможения и отражения, их анализ с помощью решения задачи о распаде разрыва.	4	4
9	III РЕШЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ И ДВУМЕРНЫХ ЗАДАЧ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ	Детонация в газах	Детонация. Детонационная адиабата. Точка Чепмена-Жуге. Термодинамические параметры за фронтом сильной детонационной волны в точке Чепмена-Жуге.	4	4
10		Структура фронта ударной волны	Структура фронта ударной волны в вязкой или теплопроводной среде. Ширина фронта. Изотермический скачок.	4	4
11		Неустойчивости в течениях газов	Устойчивость стационарного движения жидкости. Понятие о турбулентности. Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.	2	2
12		Двумерное стационарное течение	Двумерное стационарное течение. Косой скачок уплотнения. Ударная поляра. Течение Прандтля-Майера.	2	2

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 дифференцированному зачету	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 7-ом семестре.

1. 
   Вывод уравнений Гюгонио на фронте прямой уданой волны из законов сохранения.
   
2. 
   Термодинамические функции газа с постоянной теплоемкостью за фронтом ударной волны.
   
3. 
   Предельная степень сжатия вещества в ударной волне, влияние различных процессов на увеличение максимальной степени сжатия в ударной волне.
   
4. 
   Вывод уравнений динамики невязкого газа.
   
5. 
   Дивергентная форма уравнений динамики невязкого газа.
   
6. 
   Вязкость и теплопроводность в газовой динамике. Вклад в уравнения импульса и энергии. Уравнение Навье-Стокса.
   
7. 
   Изоэнтропическое течение газа. Характеристическая форма уравнений газовой динамики.
   
8. 
   Течение вязкого газа. Течение по трубе, формула Пуазейля.
   
9. 
   Кинетическое уравнение Больцмана и интеграл столкновений.
   
10. 
    Вывод уравнений газовой динамики из кинетического уравнения.
    
11. 
    Центрированная волна разрежения. Выражения для термодинамических функций в волне разрежения. Истечение в вакуум.
    
12. 
    Задача о распаде произвольного разрыва, варианты решения в зависимости от начальных условий.
    
13. 
    Ударно-волновые эксперименты, их интерпретация с помощью задачи о распаде разрыва.
    
14. 
    Метод Годунова численного решения уравнений газовой динамики.
    
15. 
    Детонация в газах и точка Чепмена-Жуге.
    
16. 
    Выражения для термодинамических функций для продуктов детонации.
    
17. 
    Структура фронта ударной волны в вязкой и теплопроводной среде. Ширина фронта, изотермический скачок.
    
18. 
    Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.
    
19. 
    Плоское изоэнтропическое течение. Течение Прандтля-Майера.
    
20. 
    Сверхзвуковые течения. Сопло Лаваля.
    

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. Т. VI. Гидродинамика. М.: Физматлит, 2003. 736 с.
   
2. 
   Куропатенко В.Ф. Модели механики сплошных сред. Челябинск: Челяб. гос. ун-т, 2007. 303 с.
   
3. 
   Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П.. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматлит. Изд. 3., 656 с., 2008.
   

Дополнительная литература

1. 
   Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. 888 с.
   
2. 
   Забабахин Е.И. Некоторые вопросы газодинамики взрыва. РФЯЦ-ВНИИТФ, 1997. 207 с.
   

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

1. 
   База данных ударно-волновых экспериментов, http://www.ihed.ras.ru/rusbank/
   

Программу составил

__________________ (Левашов П.Р., к.ф.-м.н.)

«_____»_________2012 г.