Obliczeniowa dynamika płynów

obowiązkowe

Wykład oraz laboratorium mają na celu zaznajomić studentów z podstawowymi metodami numerycznego opisu dynamiki płynów (cieczy i gazów).

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł Podstawy fizyki)

Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne; matematyka

Rok studiów/semestr: 3 rok/6 semestr

Wymagania wstępne: Student powinien posiadać podstawową wiedzę z zakresu analizy i algebry.

Liczba godzin zajęć dydaktycznych: wykład - 30 godz, laboratorium - 30 godz.

Metody dydaktyczne: wykład, laboratorium, praca własna studenta w domu

Punkty ECTS: 6

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (30 godz.), udział w laboratorium (30 godz.), udział w konsultacjach i praca własna w domu (15 godz.).

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającym bezpośredniego udziału nauczyciela – 3.6 ECTS; nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym – 1.2 ECTS.

Zagadnienia omawiane na wykładzie i laboratorium:

- równania różniczkowe cząstkowe opisujące ośrodki ciągłe: równanie Poissona, falowe, adwekcji, dyfuzji, równania Eulera, równania Naviera-Stokesa

- schematy różnicowe dla równań różniczkowych cząstkowych: przypadek równań eliptycznych, hiperbolicznych, parabolicznych; stabilność schematów różnicowych; zasady zachowania na siatce różnicowej

- zespół cząstek poruszających się w średnim polu: bezzderzeniowy model „cząstki w komórce” (PIC), zastosowanie modelu PIC do symulacji galaktyk, model PIC z przewagą zderzeń (hydrodynamiczny)

- zespół cząstek kwantowych w polu samouzgodnionym: równania Hartree-Focka, równanie Grossa-Pitajewskiego

- ciecze fazowe: równanie Własowa, zastosowanie do symulacji plazmy elektronowej

- dynamika klasycznej cieczy: równania hydrodynamiki, przypadek cieczy ściśliwej i nieściśliwej, metody różnicowe w przypadku nieściśliwym, przepływ nieściśliwy jako zespół „cząstek wiru”, metoda „cząstek znaczonych” w zastosowaniu do powierzchni swobodnych, metody różnicowe w przypadku cieczy ściśliwych, fale uderzeniowe, hydrodynamika grawitacyjna

Podstawowa:

D. Potter, Fizyka komputerowa

W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery, Numerical Recipes

Uzupełniająca:

J.H. Ferzirger, M. Peric, Computational methods for fluid dynamics

J. Tu, G.H. Yeoh, C. Liu, Computational fluid dynamics: A practical approach

T. Kajishima, K. Taira, Computational fluid dynamics: Incompressible turbulent flows

Student

1. ma podstawową wiedzę w zakresie fizyki i dyscyplin pokrewnych niezbędną do zastosowań objętych programem wybranej specjalności (K_W33),

2. ma wiedzę umożliwiającą modelowanie i symulacje wybranych zjawisk fizycznych oraz właściwości fizycznych ciał w zakresie przewidzianym programem specjalności (K_W36),

3. umie wykorzystywać narzędzia komputerowe do rozwiązywania problemów matematyki i fizyki, w tym środowiska informatyczne do analizy danych, obliczeń numerycznych i symbolicznych (K_U24).

Wykład: Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu ‘Obliczeniowa dynamika płynów’ odbywa się egzamin polegający na sprawdzeniu stopnia zrozumienia numerycznych metod opisu dynamiki płynów (cieczy i gazów).

Laboratorium: Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu ‘Obliczeniowa dynamika płynów’ odbywa się zaliczenie polegające na sprawdzeniu praktycznych umiejętności implementacji metod numerycznego opisu przepływów cieczy i gazów.