Программа учебной дисциплины «Кинетическая теория неравновесных смесей газов» специальность «Механика» icon

Программа учебной дисциплины «Кинетическая теория неравновесных смесей газов» специальность «Механика»


Смотрите также:
Программа учебной дисциплины «Физическая химия»...
О существенном увеличении скоростей химических реакций в неравновесных газовых смесях...
Примерная программа дисциплины гидравлика (механика жидкости и газа) Рекомендуется...
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 05. 07. 09 «динамика, баллистика...
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04...
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04...
Рабочая программа учебной дисциплины «Теоретическая механика» Направление подготовки...
Молекулярно-кинетическая теория газов...
Программа учебной дисциплины теория и методика обучения математике специальность 050201...
Программа учебной дисциплины теория и методика обучения математике специальность 050201...
Программа учебной дисциплины прикладная механика наименование дисциплины в соответствии с гос...
Рабочая программа учебной дисциплины (модуля) «Теоретическая механика»...



Загрузка...
скачать
Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный университет


Математико-механический факультет



Принято на заседании кафедры

гидроаэромеханики


протокол от __________ № _______

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета

Зав. кафедрой __________________С.К. Матвеев


________________ Г.А. Леонов



^ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


«Кинетическая теория неравновесных смесей газов»

специальность – «Механика»


Санкт – Петербург

2009 г.


  1. ^ Цель изучения дисциплины: Обучение студентов методам кинетической теории газов и молекулярной газодинамики; подготовка к исследованиям в области физико-химической гидроаэромеханики.

  2. Задачи курса: Изучение основных положений кинетической теории разреженных газов и газовых смесей с физико-химическими процессами.

  3. ^ Место курса в профессиональной подготовке выпускника:

Изучение методов кинетической теории газов необходимо для подготовки бакалавров и магистров, специалистов в области физико-химической гидроаэромеханики.

  1. Требования к уровню освоения дисциплины - "Кинетическая теория неравновесных смесей газов"

  • знать содержание курса "Кинетическая теория неравновесных смесей газов";

  • иметь представление о возможности применения методов кинетической теории при исследованиях различных течений смесей газов с физико-химическими процессами.

  1. ^ Объем дисциплины, виды учебной работы, форма текущего промежуточного и итогового контроля




Всего аудиторных занятий

62 часа

из них: - лекций

62 часа

- практические занятия

Нет





^ Изучение дисциплины по семестрам:


8 семестр: лекции - 28 ч., практические занятия – 0 ч., зачет;


9 семестр: лекции - 34 ч., практические занятия – 0 ч., экзамен;





  1. Содержание дисциплины




    1. Содержание разделов дисциплин и виды занятий


8-й семестр


  1. Введение: 2 ч. лекций


Предмет и методы молекулярной газовой динамики. Краткий исторический обзор.


ЧАСТЬ I.

^ КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ И ВЫВОД УРАВНЕНИЙ ДЛЯ МАКРОПАРАМЕТРОВ В РАЗНЫХ УСЛОВИЯХ НЕРАВНОВЕСНОСТИ


  1. КИНЕТИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ДЛЯ ФУНКЦИЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ГАЗЕ С ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА: 6 ч. лекций

Методы и уровни описания динамики молекулярного газа. Описание состава газа. Функция распределения. Макроскопические параметры газа. Обобщенные уравнения Больцмана для реагирующих газов с внутренними степенями свободы. Сечения столкновений. Принцип детального баланса. Уравнения Ван-Чанг и Уленбека. Аддитивные инварианты столкновений. Уравнения переноса и уравнения сохранения. Интегральная лемма. Н-теорема. Равновесные решения кинетических уравнений в однокомпонентном газе и в многокомпонентных смесях.



  1. АСИМПТОТИЧЕСКИЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ: 4 ч. лекций

Безразмерная запись кинетических уравнений и малые параметры. Понятие сильной и слабой неравновесности. Обобщение метода Энскога-Чепмена для газов с быстрыми и медленными процессами. Замкнутые системы уравнений для макропараметров в сильно неравновесном газе и их особенности.



  1. ПРИБЛИЖЕНИЕ ПОУРОВНЕВОЙ КИНЕТИКИ: 6 ч. лекций


Соотношение характерных времен релаксации. Аддитивные инварианты и макропараметры. Система уравнений переноса и релаксации. Функция распределения и уравнения для макропараметров в нулевом и в первом приближениях обобщенного метода Энскога-Чепмена. Тензор напряжений, тепловой поток, диффузионные скорости. Коэффициенты переноса. Коэффициенты скоростей переходов энергии и реакций.


  1. МНОГОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ПРИБЛИЖЕНИЯ В ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА И РЕЛАКСАЦИИ В РЕАГИРУЮЩИХ ГАЗАХ: 6 ч. лекций


Соотношения характерных времен релаксации. Аддитивные инварианты, макропараметры, функции распределения, уравнения для макропараметров. Приближение идеального и вязкого газа. Потоковые и релаксационные члены. Обобщение закона действующих масс в многотемпературном газе. Обобщенная поправка Эйкена в газе с сильной колебательной неравновесностью.


  1. ОДНОТЕМПЕРАТУРНОЕ ПРИБЛИЖЕНИЕ. ЗАМЕДЛЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В ПОТОКЕ ТЕРМИЧЕСКИ РАВНОВЕСНОГО ГАЗА И ПРИ СЛАБЫХ ОТКЛОНЕНИЯХ ОТ ТЕРМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ: 4 ч. лекций


Сильная химическая неравновесность в термически равновесном или слабо-неравновесном газе. Система уравнений для макропараметров в нулевом и в первом приближениях. Потоковые и релаксационные члены. Закон действующих масс. Течения смесей газов при локальном термическом и химическом равновесии и при слабых от него отклонениях. Уравнения для макропараметров в приближении идеального и вязкого газа.


9-й семестр


ЧАСТЬ П.

^ СТАТИСТИЧЕСКОЕ И КИНЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СМЕСЕЙ ГАЗОВ С ДИССОЦИАЦИЕЙ, ИОНИЗАЦИЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЕМ



  1. СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО ОДНОРОДНЫХ ГАЗОВ С ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ: 8 ч. лекций


Описание состава газа и происходящих в нем процессов. Разделение присутствующих в газе микрочастиц на три класса: частицы Бозе, Ферми и Больцмана, для которых не нужно учитывать вырождение. Определение энтропии газа. Равновесные и квазистационарные состояния. Распределения, максимизирующие энтропию газа в случае полного и частичного равновесия. Экстенсивные и интенсивные параметры. Дуализм задач статистической термодинамики. Методы расчета равновесной температуры и химического состава смеси диссоциирующих газов.


  1. КИНЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО НЕОДНОРОДНЫХ ГАЗОВ С ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ: 6 ч. лекций


Обобщенные кинетические уравнения Больцмана–Улинга–Уленбека. Равновесные статистические распределения и соотношения микроскопической обратимости. Интегральная лемма и обобщения Н-теоремы. Уравнения переноса молекулярного признака. Аддитивные инварианты столкновений и макроскопические законы сохранения.



  1. АСИМПТОТИЧЕСКИЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ В ТЕРМИНАХ ИНТЕНСИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ: 6 ч. лекций


Безразмерная запись кинетических уравнений для реагирующих газовых смесей, выделение ведущего оператора и предельные решения кинетических уравнений. Уравнения для определяющих экстенсивных и интенсивных макропараметров. Модифицированный метод Энскога-Чепмена в терминах интенсивных параметров. Условия нормировки и стандартная процедура разбиения интегральных операторов. Разбиение дифференциальных операторов, учитывающее разбиение макроуравнений для интенсивных параметров. Решение интегральных уравнений в разных приближениях.



  1. СВОЙСТВА ИЗОЭНТРОПИЙНЫХ И СЛАБО НЕРАВНОВЕСНЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА С ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ: 8 ч. лекций


Функция распределения и уравнения для макропараметров в нулевом приближении. Изоэнтропийные течения и их свойства. Обобщенное выражение адиабаты и аналитическая формула для скорости звука в не баротропном газе с физико-химическими процессами. Функции распределения и уравнения для макропараметров в первом приближении метода Чепмена–Энскога. Потоковые члены в терминах интенсивных параметров и соответствующие коэффициенты переноса.



  1. КИНЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ГАЗОВ С ФИЗИКО - ХИМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В МОДЕЛЬНОМ ПРИБЛИЖЕНИИ: 6 ч. лекций


Релаксационное приближение для ведущего столкновительного оператора. Модельные кинетические уравнения и их свойства. Решение модельных уравнений методом Чепмена–Энскога. Функции распределения первого приближения в терминах интенсивных параметров. Вычисление коэффициентов переноса в модельном приближении. Соотношение между коэффициентом объемной вязкости и скоростью звука в газе с физико-химическими процессами.



    1. ^ Лабораторный практикум

- не предусмотрен учебным планом


    1. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы


Самостоятельное ознакомление с отдельными главами из книг, приведенных в списке основной и дополнительной литературы, а также статьями в современных специальных журналах.


    1. ^ Темы курсовых работ


Студентам, специализирующимся по кафедре гидроаэромеханики, предлагаются темы курсовых работ, которые представляют собой оригинальные задачи, возникающие в высокотемпературной и высокоскоростной аэродинамике и в теории газовых и химических лазеров.


    1. Темы рефератов – для данной дисциплины не предусмотрены учебным планом.

    2. Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену) по всему курсу


ЧАСТЬ I


  • Функция распределения в смеси газов с химическими реакциями и внутренними степенями свободы. Определение макроскопических параметров газа.

  • Обобщенные уравнения Больцмана для реагирующих газов с внутренними степенями свободы.

  • Сечения столкновений. Принцип детального баланса. Разные формы записи кинетических уравнений. Уравнения Ван-Чанг и Уленбека.

  • Аддитивные инварианты столкновений. Вывод уравнений переноса из кинетических уравнений. Уравнения сохранения.

  • Интегральная лемма. Н-теорема. Связь H-функции Больцмана с энтропией.

  • Равновесные решения кинетических уравнений в однокомпонентном газе и в многокомпонентных реагирующих смесях.

  • Безразмерная запись кинетических уравнений и малые параметры. Понятие сильной и слабой неравновесности. Различная форма кинетических уравнений в газах при слабой и сильной неравновесности. Примеры соотношений между временами релаксации разных физических процессов в потоках газов.

  • Обобщение метода Энскога-Чепмена для газов с быстрыми и медленными процессами. Замкнутые системы уравнений для макропараметров в сильно-неравновесном газе и их особенности.

  • Приближение поуровневой кинетики. Макропараметры газа. Система уравнений переноса и релаксации. Функция распределения и уравнения для макропараметров в нулевом приближении.

  • Приближение поуровневой кинетики. Функция распределения и уравнения для макропараметров в вязком газе. Тензор напряжений, тепловой поток, диффузионные скорости. Коэффициенты переноса. Коэффициенты скоростей переходов энергии и реакций.

  • Многотемпературное приближение в реагирующей смеси. Соотношения характерных времен релаксации. Аддитивные инварианты, макропараметры, функции распределения. Распределения Тринора и Больцмана. Уравнения для макропараметров. Приближение идеального газа.

  • Многотемпературное приближение в вязком газе. Потоковые и релаксационные члены в уравнениях переноса. Обобщение закона действующих масс в многотемпературном газе.

  • Однокомпонентный газ с сильным колебательным возбуждением. Обобщенная поправка Эйкена.

  • Однотемпературное приближение. Сильная химическая неравновесность в термически равновесном газе. Система уравнений для макропараметров в нулевом приближении. Уравнения вязкого газа в однотемпературном приближении. Потоковые и релаксационные члены. Закон действующих масс.

  • Течения смесей газов при локальном термическом и химическом равновесии и при слабых от него отклонениях. Уравнения для макропараметров в приближении идеального и вязкого газа.


ЧАСТЬ П


  • Принцип разделения микрочастиц на три класса: частицы Бозе и Ферми, а также частицы Больцмана, для которых не нужно учитывать вырождение.

  • Число микросостояний, соответствующих определенному макросостоянию, энтропия газа.

  • Распределения, максимизирующие энтропию газа в случае полного и частичного равновесия.

  • Экстенсивные и интенсивные параметры. Дуализм задач статистической термодинамики.

  • Методы расчета равновесной температуры и химического состава смеси диссоциирующих газов.

  • Обобщенные кинетические уравнения Больцмана–Улинга–Уленбека.

  • Равновесные статистические распределения и соотношения микроскопической обратимости.

  • Интегральная лемма и обобщения Н- теоремы.

  • Аддитивные инварианты столкновений и макроскопические законы сохранения.

  • Безразмерная запись кинетических уравнений для реагирующих газовых смесей.

  • Выделение ведущего оператора и предельные решения кинетических уравнений.

  • Уравнения для определяющих экстенсивных и интенсивных макропараметров.

  • Модифицированный метод Чепмена– Энскога в терминах интенсивных параметров.

  • Разбиение дифференциальных операторов, учитывающее разбиение макроуравнений для интенсивных параметров.

  • Решение интегральных уравнений в разных приближениях МЧЭ.

  • Функция распределения и уравнения для макропараметров в нулевом приближении МЧЭ.

  • Изоэнтропийные течения и их свойства.

  • Обобщенное выражение адиабаты и аналитическая формула для скорости звука в не баротропном газе с физико-химическими процессами.

  • Функции распределения и уравнения для макропараметров в первом приближении МЧЭ.

  • Потоковые члены в терминах интенсивных и экстенсивных параметров.

  • Коэффициенты при градиентах интенсивных и экстенсивных параметров.

  • Релаксационное приближение для ведущего столкновительного оператора. Модельные кинетические уравнения и их свойства.

  • Решение модельных уравнений методом Чепмена–Энскога.

  • Функции распределения первого приближения МЧЭ в терминах интенсивных параметров.

  • Вычисление коэффициентов переноса в модельном приближении.

  • Соотношение между коэффициентом объемной вязкости и скоростью звука в газе с физико-химическими процессами.




  1. Технические средства обучения и математическое обеспечение


В данном курсе, как правило, не используются. По желанию лектора применяется проектор для демонстрации слайдов.


  1. ^ Активные методы обучения


В данном курсе, как правило, применяются классические аудиторные методы.


  1. Материальное обеспечение дисциплины


Требуется стандартное оборудование лекционных аудиторий.


  1. Литература

    1. Основная

  1. Ферцигер Дж., Капер Г. Математическая теория процессов переноса в газах. М., Мир, 1976.

  2. Нагнибеда Е.А., Кустова Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в неравновесных потоках реагирующих газов. Изд-во СПбГУ, 2003.

  3. Рыдалевская М.А. Статистические и кинетические модели в физико-химической газодинамике. Изд-во СПбГУ, 2003.




    1. Дополнительная

  1. Валландер С.В., Нагнибеда Е.А., Рыдалевская М.А. Некоторые вопросы кинетической теории химически реагирующей смеси газов. Л.,ЛГУ, 1977.

  2. Жданов В.М., Алиевский М.Я. Процессы переноса и релаксации в молекулярных газах. М., Наука, 1989.

  3. Кустова Е.В., Нагнибеда Е.А. Неравновесная кинетика и процессы переноса в потоках реагирующих газов. Теория и приложения.// Гидроаэромеханика./Под редакцией В.Г.Дулова, СПб, 1999, с.147-176.

  4. Кустова Е.В., Нагнибеда Е.А. Определение скоростей диссоциации, рекомбинации и переходов колебательной энергии в приближения поуровневой кинетики.// Аэродинамика./ Под редакцией Р.Н.Мирошина, СПб, 2001, с.57-81.

  5. Рыдалевская М.А. Аэродинамические свойства течений газа с физико-химическими процессами.//Аэродинамика./ Под редакцией Р.Н.Мирошина. СПб, 2000, с.82-92.

  6. Ворошилова Ю.Н., Рыдалевская М.А. Влияние колебательного возбуждения молекул на скорость звука в высокотемпературном двухатомном газе.//Прикладная механ. и техн. физика. 2008. Т.49, №3. С. 28–34.



Составители:

профессор, докт.физ.-мат.наук _________________ Е.А. Нагнибеда


профессор, докт.физ.-мат.наук ____________________ М.А. Рыдалевская


Рецензент:

профессор, докт.физ.-мат.наук _________________ Е.В. Кустова



Указывается перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино и видео - фильмов.

 Указываются темы учебно-исследовательских работ, деловых игр и т.п.

 Указываются современные приборы, установки, стенды, специализированные лаборатории и классы, необходимые для проведения занятий по данной дисциплине.




Скачать 118.23 Kb.
оставить комментарий
Дата24.09.2011
Размер118.23 Kb.
ТипПрограмма, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх