Рабочая программа дисциплины Гидродинамические аспекты физики взрыва Направление подготовки 011200 Физика



жүктеу 205.1 Kb.
Дата25.04.2019
өлшемі205.1 Kb.
түріРабочая программа


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Новосибирский государственный университет

Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

_______________________
«_____»__________________201__ г.

Рабочая программа дисциплины



Гидродинамические аспекты физики взрыва

Направление подготовки



011200 – Физика

Квалификация (степень) выпускника



Бакалавр

Форма обучения



Очная
Новосибирск 2012
Аннотация рабочей программы
Дисциплина «Гидродинамические аспекты физики взрыва» является частью естественнонаучного цикла ООП по направлению подготовки «011200 – Физика», все профили подготовки. Дисциплина реализуется на Физическом факультете Новосибирского государственного университета кафедрой физики сплошных сред ФФ НГУ.

Содержание дисциплины охватывает основы современной физики ударных волн, включая фундаментальные понятия, представления об ударных волнах в конденсированных средах и в пористых средах, а также основные методы этой дисциплины.

Дисциплина нацелена на формирование общекультурных компетенций ОК-1, ОК-3, ОК-6, ОК-7, ОК-9 – ОК-12, ОК-16, ОК-18, ОК-21, профессиональных компетенций ПК-1 – ПК-14, ПК-16, ПК-26  ПК-29 выпускника.

Преподавание дисциплины предусматривает следующие формы организации учебного процесса: лекции, дифференцированный зачет.

Программой дисциплины предусмотрен контроль успеваемости в форме дифференцированного зачета (7 семестр). Формы рубежного контроля определяются решениями Ученого совета, действующими в течение текущего учебного года.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу, 36 академических часа. Программой дисциплины предусмотрены 36 часов лекций. Остальное время – контроль в форме сдачи дифференцированного зачета.


1. Цели освоения дисциплины
Курс ставит своей целью усвоение студентами основ современного компьютерного моделирования в физике сплошных сред.

Основной целью освоения дисциплины является знание базовых понятий, результатов и методов физики – фундаментальной науки, лежащей в основании современных технологий.

Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса: освоение обучающимися теории электромагнитного поля, специальной теории относительности, физической оптики, основ квантовой механики, термодинамики и статистической физики. Студенты должны знать пределы применимости основных физических теорий, получить навыки работы с уравнениями и решения задач, понимать принципы технических применений достижений физики.

Курс (7-й семестр обучения) состоит из краткого введения, в котором излагаются основы современного компьютерного моделирования, численных методов решения систем линейных и нелинейных уравнений, методов интерполяции и сглаживания, численного дифференцирования и интегрирования, а также методов решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений.


2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Гидродинамические аспекты физики взрыва» является частью естественнонаучного цикла ООП по направлению подготовки «011200 – Физика».

Дисциплина «Гидродинамические аспекты физики взрыва» опирается на следующие дисциплины данной ООП:


  • Математический анализ;

  • Дифференциальные уравнения;

  • Высшая алгебра;

  • Физика и механика сплошных сред;

Результаты освоения дисциплины «Гидродинамические аспекты физики взрыва» используются следующих дисциплинах данной ООП:

  • Уравнения математической физики;

  • Механика и математическое моделирование.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Гидродинамические аспекты физики взрыва»:

  • общекультурные компетенции: ОК-6, ОК-7, ОК-9 – ОК-12, ОК-14, ОК-15;

  • профессиональные компетенции: ПК-2 – ПК-14, ПК-16, ПК-26, ПК-27, ПК-29.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

  • иметь представление об основных физических теориях;

  • знать определения основных понятий, формулировки основных положений курса;

  • уметь решать задачи на основе уравнений, описывающих конкретные разделы физики.

4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетная единица, 36 часов



№ п/п

Раздел дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации (по семестрам)



Лекция

Практ. занятия

Самост. работа

Контр. работа

Зачет

Экзамен

1.

Динамика одиночной полости в жидкости (математические модели, численные исследования, эксперимент)

7

























1.1

Несжимаемая жидкость: задача Безанта, уравнение Рэлея, оценка основных параметров пульсации; схлопывание одиночного газового пузырька ударной волной, экспериментальная проверка поведения газа.

7

1

2



















1.2

Влияние сжимаемости и поверхностного натяжения, потери на акустическое излучение, максимальный радиус полости. Начальные условия, P-U – диаграммы. Уравнения состояния жидкости.

7

2

2



















1.3

Вязкость, эффекты сферической кумуляции пустой полости, тяжелая жидкость, относительное движение.

7

























1.4

Геометрия: плоская, цилиндрическая, сферическая и тороидальная.

7

























1.5

Параметры пульсации (общие результаты).

7

























2.

Методы генерации ударных волн в жидкости

7

























2.1

Взрыв заряда ВВ, расчет параметров волнового поля, ближняя и дальняя зоны (решения Ландау-Христиановича, модель Кирквуда-Бете). Уравнения состояния продуктов детонации.

7

3

2



















2.2

Лабораторные методы генерации: гидродинамические ударные трубы – взрывные, диафрагменные, баллистические, электродинамические. Приложение метода гидродинамических ударных труб к исследованию релаксационных процессов в химических растворах за фронтом сильных ударных волн.

7

4

2



















2.3

Взрывная гидроакустика (понятия, взрывные источники звука).

7

5

2



















3.

Поверхностные эффекты при подводных взрывах

7

























3.1

Структура течения при малозаглубленных подводных взрывах: экспериментальный анализ механизма формирования струйного течения, его гидродинамическая модель.

7

14

2







2










3.2

Спектр струйных течений, аномалия со вторичным полем давления, аналогия с высокоскоростным внедрением.

7

15

2



















3.3

Параметры султанов, подобие. Классическая кумуляция и ее проблемы.

7

























4.

Кавитационное разрушение жидкости при взрывном нагружении

7

























4.1

Состояние реальной жидкости: теоретические модели кавитационных зародышей, экспериментальные методы их регистрации.

7

16

2



















4.2

Начальная стадия развития пузырьковой кавитации, пороговые эффекты.

7

17

2




2













4.3

Модели формирования плотных пузырьковых кластеров.

72

18

2




2













4.4

Двухфазная математическая модель динамики кавитирующей жидкости (односкоростная, неравновесная по давлению): динамика зоны кавитации при подводном взрыве вблизи свободной поверхности.

7

























4.5

Структура волн разрежения, предельные амплитуды, время pелаксации: подводный взрыв, отражение треугольной ударной волны, гидродинамическая трубка разрежения (двухволновая структура).

7

























4.6

Эффекты неограниченного роста кавитационных пузырьков, проблема фрагментизации кавитирующих объемов, отколы.

7

























4.7

Инверсия двухфазности: переход кавитирующей жидкости в газо-капельное состояние (экспериментальные методы).

7

























4.8

"Песчаная модель": формулировка математической задачи, расчет волновой стадии и процесса разлета, эксперимент.

7

























4.9

Гидродинамические аспекты кавитационной эрозии.

7

























5.

Распространение ударных волн в пузырьковых средах

7

























5.1

Экспериментальные исследования трансформации и структуры удаpных волн в жидкости с пузырьками газа: расслоение волны на предвестник и основное возмущение типа волнового пакета (короткие волны), его частотные параметры.

7

1

2



















5.2

Математические модели: последовательность плоских слоев газа, уравнения течения двухфазной среды. Приближение для случая несжимаемой жидкого компонента. Критерий подобия затухания ударных волн в пузырьковых завесах, механизм затухания (уравнение Клейна-Гордона).

7

2

2






















Усиление волн в инертных системах типа "жидкость – паровые пузырьки" (исчезновение защитных свойств пузырьковых экранов).

7




























Усиление волн в химически активных пузырьковых системах: эксперименты с цепочкой, теоретические оценки. Формирование уединенного волнового пакета с постоянными характеристиками (структура, амплитуда, скорость) при распространении ударных волн в активных средах (эксперимент).

7




























Математическое моделирование и численное исследование распространения волн в средах с выделением энергии.

7




























Звуковые волны, понятие "окна непрозрачности".

7































7

17
















36

Дифф. зачет




Итого:







68

68

76

4

36

36





5. Образовательные технологии

Используется классическая система обучения, включающая лекции и проверку знаний в виде дифференцированного зачета.


6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Вопросы по курсу


  1. Несжимаемая жидкость: задача Безанта, уравнение Рэлея, оценка основных параметров пульсации; схлопывание одиночного газового пузырька ударной волной, экспериментальная проверка поведения газа.

  2. Влияние сжимаемости и поверхностного натяжения, потери на акустическое излучение, максимальный радиус полости. Начальные условия, P-U – диаграммы. Уравнения состояния жидкости.

  3. Вязкость, эффекты сферической кумуляции пустой полости, тяжелая жидкость, относительное движение.

  4. Геометрия: плоская, цилиндрическая, сферическая и тороидальная.

  5. Параметры пульсации (общие результаты).

  6. Взрыв заряда ВВ, расчет параметров волнового поля, ближняя и дальняя зоны (решения Ландау-Христиановича, модель Кирквуда-Бете). Уравнения состояния продуктов детонации.

  7. Лабораторные методы генерации: гидродинамические ударные трубы – взрывные, диафрагменные, баллистические, электродинамические. Приложение метода гидродинамических ударных труб к исследованию релаксационных процессов в химических растворах за фронтом сильных ударных волн.

  8. Взрывная гидроакустика (понятия, взрывные источники звука).




  1. Структура течения при малозаглубленных подводных взрывах: экспериментальный анализ механизма формирования струйного течения, его гидродинамическая модель.

  2. Спектр струйных течений, аномалия со вторичным полем давления, аналогия с высокоскоростным внедрением.

  3. Параметры султанов, подобие. Классическая кумуляция и ее проблемы.

  4. Состояние реальной жидкости: теоретические модели кавитационных зародышей, экспериментальные методы их регистрации.

  5. Начальная стадия развития пузырьковой кавитации, пороговые эффекты.

  6. Модели формирования плотных пузырьковых кластеров.

  7. Двухфазная математическая модель динамики кавитирующей жидкости (односкоростная, неравновесная по давлению): динамика зоны кавитации при подводном взрыве вблизи свободной поверхности.

  8. Структура волн разрежения, предельные амплитуды, время pелаксации: подводный взрыв, отражение треугольной ударной волны, гидродинамическая трубка разрежения (двухволновая структура).

  9. Эффекты неограниченного роста кавитационных пузырьков, проблема фрагментизации кавитирующих объемов, отколы.

  10. Инверсия двухфазности: переход кавитирующей жидкости в газо-капельное состояние (экспериментальные методы).

  11. "Песчаная модель": формулировка математической задачи, расчет волновой стадии и процесса разлета, эксперимент.

  12. Гидродинамические аспекты кавитационной эрозии.

  13. Экспериментальные исследования трансформации и структуры удаpных волн в жидкости с пузырьками газа: расслоение волны на предвестник и основное возмущение типа волнового пакета (короткие волны), его частотные параметры.

  14. Математические модели: последовательность плоских слоев газа, уравнения течения двухфазной среды. Приближение для случая несжимаемой жидкого компонента. Критерий подобия затухания ударных волн в пузырьковых завесах, механизм затухания (уравнение Клейна-Гордона).

  15. Усиление волн в инертных системах типа "жидкость – паровые пузырьки" (исчезновение защитных свойств пузырьковых экранов).

  16. Усиление волн в химически активных пузырьковых системах: эксперименты с цепочкой, теоретические оценки. Формирование уединенного волнового пакета с постоянными характеристиками (структура, амплитуда, скорость) при распространении ударных волн в активных средах (эксперимент).

  17. Математическое моделирование и численное исследование распространения волн в средах с выделением энергии.

  18. Звуковые волны, понятие "окна непрозрачности".


7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:

  1. Гуpевич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М., 1961.

  2. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидродинамики и их математические модели. М.: Наука, 1973.

  3. Кузнецов В.М. Математические модели взрывного дела. Новосибирск: Наука, 1977.

  4. Кедpинский В.К. Модели М.А. Лаврентьева в задачах неустановившихся течений со свободными границами. В кн.: Проблемы математики и механики. Новосибирск: Наука, 1983.

  5. Treatise on materials science and technology. In book: Erosion, ed. by C.M. Preece, Academic Press, N.Y., 1979, V 16.

  6. Коул Р. Подводные взpывы. ИЛ, М., 1950.

  7. Кузнецов Н.М. Уравнение состояния и теплоемкость воды в широком диапазоне термодинамических параметров. ПМТФ, 1, 1961, с. 112-120.

  8. Шуршалов Л.В. Расчет мощных подводных взрывов. Изв. АН СССР, Механика жидкости м газа, 5, 1971, с. 36-41.

  9. Подурец М.А., Симаков Г.В., Трунин Р.Ф. и дp. Сжатие воды сильными ударными волнами. ЖЭТФ, Т. 62, вып. 2, 1972, с. 710-712.

  10. Коробейников В.П., Христофоров Б.Д. Подводный взрыв. В Итогах науки и техники, Гидромеханика, т. 9, М., 1976, стр. 54-119.

  11. Кот К.А. Мощные подводные взрывы. В кн: Подводные и подземные взрывы, М.: Изд-во Мир, 1974, с. 10-43.

  12. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П. и дp. Физика взрыва. М., Наука, 1975.

  13. Rice M.H., Walsh J.M. Equation of state of water to 250 kbar. Journal of Chem. Phys., 1957, V 26, N 4, pp. 814-830.

  14. Mader Ch.L. Numerical modeling of detonations. University of California Press, Berkeley, Los Angeles, London, 1979.

  15. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация., М.: "Мир" 1974.

  16. Флинн Г. Физика акустической кавитации в жидкостях. В сб.: Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, Т. 1, часть Б, с. 7-138.

  17. Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва, ПМТФ, 1987, N4, с. 23-48.

  18. Притчет Дж. Расчеты явлений при подводных взрывах в условиях несжимаемости. В сб.: Подводные и подземные взрывы. М.: "Мир", 1974.

  19. Кедринский В.К. Об одномерной пульсации тороидальной газовой полости в сжимаемой жидкости. ПМТФ, 1977, № 3, с. 62-67.

  20. Замышляев Б.В., Яковлев Ю.С. Динамические нагрузки при подводном взрыве. Л.: Изд-во "Судостроение", 1967.


8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению «011200 – Физика».

Авторы: Кедринский Валерий Кириллович

д.ф.-м.н., профессор ФФ НГУ

гнс ИГиЛ СО РАН


Рецензент (ы)



Программа одобрена на заседании



(Наименование уполномоченного органа вуза (УМК, НМС, Ученый совет)

от ___________ года, протокол № ________





Каталог: public
public -> Беткі сулардың сапасын талдау: НҰра өзені алабының мысалында
public -> Этносаралық Үйлесімділік жүйесіндегі саяси-мәдени механизмдердің орны әлеуметтік ғылым магистрі, аға оқытушы Сыздықова С. М
public -> Қазақ әдебиетін дәуірлеу мәселесі Темірбай Мұқашев
public -> Спортшылардың интеллектуалдық ой өрісі және оның спорттық Қызметтегі маңыздылығы абусейтов Бекахмет Зайнидинович
public -> Ауыл шаруашылығын дамытудың жаңа бағыттары түйін Мақалада ауыл шаруашылығын дамытудың жаңа жолы «Агробизнес 2020»
public -> Қазақстандағы мемлекеттік-жекешелік әріптестік: құқықтық реттеу
public -> 1 қаңтар 2012, 12: 09 Бұл дағдарысты әлем экономикасының уақытша тежелуі деп түсіну қажет 49
public -> Қазақстандағы корей тілін оқытуда интерактивті құралдарды қолдану әдісі
public -> Әож 378-1а оқУ Үрдісінде мультимедиялық ҚҰрылғыларды қолданудың Қажеттілігі


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет