Примерная программа курса «Введение в механику жидкости» (доцент Леонтьев Н.Е.)

Введение в механику жидкостиПолугодовой спецкурс на иностранном языке(весенний семестр, Леонтьев Н.Е.)Введение1. Жидкости и газы как объекты изучения механики сплошной среды. Области приложения гидромеханики.2. Классы систем единиц, используемых в гидромеханике. Характерный линейный масштаб явления.

Характерный временно́й масштаб явления. Скорость потока, способы ее измерения. Ускорение. Масса. Вес и сила тяжести. Присоединенная массатела в потоке.3. Давление в жидкости. Гидравлический пресс. Работа сифона. Вязкие силы в движущейся жидкости. Вязкость.4. Сжимаемость жидкостей. Модель несжимаемой жидкости. Примеры явлений, которые нельзя описывать в рамках модели несжимаемой жидкости. Распространениезвука. Гидравлический удар.5. Физическое моделирование гидродинамических явлений. Критерии подобия. ЧислоЭйлера. Коэффициент сопротивления. Число Фруда. Его физический смысл.

Примеры явлений, при моделировании которых важно учитывать число Фруда.6. Число Рейнольдса. Его физический смысл. Приближенное моделирование явлений,в которых одновременно существенны числа Фруда и Рейнольдса. Моделированиеоткрытых потоков.7. Сжимаемость жидкости.

Число Маха. Физическое моделирование сверхзвуковыхпотоков.Базовые принципы механики жидкостей8. Понятия, используемые при кинематическом описании движения жидкости. Вектор скорости. Траектории, линии тока, линии отмеченных частиц. Стационарные инестационарные течения. Принцип относительности Галилея. Парадокс Дюбуа.9. Ускорение. Полная производная. Местная и конвективная производные, их физический смысл. Закон сохранения массы для трубки тока в стационарном течении.Вихревая трубка. Кинематическая теорема Гельмгольца о сохранении интенсивности вихревой трубки.10.

Завихренность. Потенциальные течения. Твердотельное вращение жидкости. Потенциальный вихрь. Примеры явлений, для описания которых применима модельпотенциальных течений. Картина линий тока и линий равного потенциала для плоских установившихся потенциальных течений. Электрогидродинамическая аналогия.Кинематическая аналогия течений идеальной жидкости с фильтрационными течениями в пористой среде.11. Поверхностные и объемные силы в жидкости.

Касательная и нормальная составляющие вектора напряжения. Уравнение движения идеальной жидкости. Записьуравнения Эйлера в естественных координатах в случае плоского стационарноготечения, физическая интерпретация слагаемых.12. Интегралы Бернулли и Коши — Лагранжа в случае течений со стационарным полемскорости. Зависимость коэффициента давления от поля скоростей. Качественноеповедение поля скорости при безотрывном обтекании цилиндра.13. Методы экспериментального определения скорости потока. Давление торможения.Трубка Пито — Прандтля.

Трубка Вентури. Отрыв потока. Образование застойныхзон. Кавитация.14. Использование интегральных уравнений баланса массы и импульса для приближенного решения задач. Силы, действующие на стенки канала, при повороте потока. Удар струи о препятствие. Принцип действия реактивных двигателей.Описание ламинарных и турбулентных течений15. Вязкие жидкости. Граничное условие прилипания. Вязкость. Поверхностные силы при сдвиговом течении вдоль стенки. Плоское и цилиндрическое течение Куэтта. Принцип действия ротационного вискозиметра. Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

Вязкопластические жидкости. Плоское течение Пуазейля. Завихренность в течении Пуазейля. Принцип действия смазочного слоя.16. Течения с малыми числами Рейнольдса. Течение Хеле-Шоу. Осаждение частиц. Формула Стокса для силы сопротивления. Область применимости формулы Стокса.17. Течение Пуазейля в круглой трубе. Оценка длины переходного участка на входе втрубу. Потеря устойчивости при больших числах Рейнольдса.18. Пограничный слой, качественная зависимость его толщины от числа Рейнольдса.19.

Переход к турбулентности. Модель Буссинеска. Оценки турбулентной вязкости.Качественная зависимость коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса длятечения вдоль пластинки и для течения в трубе.20. Свободносдвиговые потоки. Затопленная струя. Качественное объяснение возникновения свободноконвективных потоков.21.

Измерение пульсационных характеристик турбулентных потоков. Работа проволочного анемометра. Представление об энергетическом каскаде Ричардсона для трехмерных течений.Литература1. Учебный фильм «Introduction to Fluid Motion»(http://vk.com/wall-102183983_23)2. Учебный фильм «Fundamental Principles of Flow»(http://vk.com/wall-102183983_24)3. Учебный фильм «Laminar and Turbulent Flow»(http://vk.com/wall-102183983_25)На экзамене необходимо:– владеть основными понятиями и моделями механики сплошных сред, понимать ихвзаимосвязь;– знать замкнутые системы уравнений и типичные граничные условия для моделейидеальной и вязкой жидкости;– знать базовую английскую терминологию механики сплошной среды и гидромеханики..