Рабочая учебная программа по дисциплине: Магнитная гидродинамика по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика» - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Рабочая учебная программа по дисциплине: Экспериментальная магнитная... 1 176.69kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: «Оптические информационные... 1 130.2kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Термодинамика конденсированного... 1 191.17kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Современные проблемы теплофизики... 1 165.43kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Теоретические и технические... 1 170.88kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Теория оптимального управления... 1 44.52kb.
Рабочая учебная программа По дисциплине: Имитационное моделирование... 1 110.34kb.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Функциональный анализ по... 1 251.85kb.
Рабочая учебная программа По дисциплине: Проектирование и архитектура... 1 155.26kb.
Рабочая учебная программа По дисциплине: Избранные главы теории вероятностей... 1 145.3kb.
Рабочая учебная программа По дисциплине: Теоретические основы беспроводной... 1 185.69kb.
Численное моделирование искусственного откола М. А. Козлова, М. 1 43.71kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Рабочая учебная программа по дисциплине: Магнитная гидродинамика по направлению: - страница №1/1



Министерство науки и образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

МФТИ (ГУ)

Кафедра «Физика высокотемпературных процессов»
«УТВЕРЖДАЮ»

Проректор по учебной работе
О. А. Горшков

2012 г.

.
Рабочая УЧЕБНАЯ Программа


по дисциплине: Магнитная гидродинамика

по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»

профиль подготовки: Физика и химия плазмы

факультет: МБФ

кафедра: Физика высокотемпературных процессов

курс: 4 (бакалавриат)

семестры: 8 Дифференцированный зачет: 8 семестр

Трудоёмкость в зач. ед.: вариативная часть – 1 зач. ед.;

в т.ч.:

лекции: 32 час.;

практические (семинарские) занятия: нет;

лабораторные занятия: нет;

мастер классы, индивид. и групповые консультации: нет;

самостоятельная работа: 4 час.;

курсовые работы: нет.

ВСЕГО часов 36
Программу составил: д.т.н., профессор Медин С.А.
Программа обсуждена на заседании кафедры физики высокотемпературных процессов
«____» _______________2012 г.
Заведующий кафедрой академик, д.ф.-м.н. В.Е. Фортов

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.




  1. 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.


  1. 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).




  1. 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.

    1. 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.



    1. 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




      1. 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



    1. 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




    1. 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.



    1. Материально-техническое обеспечение дисциплины

      1. Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: компьютер и мультимедийное оборудование (проектор), доступ к сети Интернет




    1. 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.