Subject description - BV002UMT

Summary of Study | Summary of Branches | All Subject Groups | All Subjects | List of Roles | Explanatory Notes               Instructions
BV002UMT Introduction to fluid dynamics
Roles:  Extent of teaching:1P+1C
Department:13102 Language of teaching:CS
Guarantors:Hruška V. Completion:KZ
Lecturers:Hruška V. Credits:3
Tutors:Hruška V. Semester:

Anotation:

Úvod do mechaniky tekutin bude přehlednou formou s dostatkem času na použitý matematický aparát pokrývat úvodní kapitoly kinematiky, statiky a dynamiky tekutého kontinua. Osnova přednášek je organizována tak, aby poskytla podklad pro finální partie předmětu, ve kterých by se měly objevit aplikace relevantní pro programy FEL ČVUT, jako např. čerpadla a vrtule, tok krve, základní princip činnosti turbín (EEM). Mimo to je také pro rozhled studentů přínosné poznat v kontextu mechaniky matematický aparát, který je jinak hojně využíván v teorii elektromagnetického pole. Předmět je navržen tak, aby si student odnesl vhled do problematiky na takové úrovni, která vhodně doplňuje základní curriculum a zároveň představuje dobrý startovní bod pro specializovanější témata. Pro příklad: student z tohoto předmětu jistě nebude vybaven potřebnými znalostmi pro náročné CFD simulace turbulentního proudění při obtékání vrtule dronu nebo proudění krve v okolí žilních poruch; bude ovšem znát význam rovnic, které jsou řešeny, včetně jejich typických úskalí, bude mít povědomí o klíčových jevech a fenoménech a bude schopen hrubých kvalifikovaných odhadů o hodnotách zúčastněných veličin. Především, bude moci být poučeným partnerem při týmové spolupráci se specialisty na danou oblast.

Study targets:

Náročnost, rozsah a zakončení navrhovaného předmětu jsou koncipovány s ohledem na studenty a studijní programy FEL ČVUT tak, že absolvent bude vybaven třemi hlavními kompetencemi: 1) bude chápat základy popisu kinematiky a dynamiky tekutin; 2) bude se dobře orientovat v použitém matematickém aparátu, který je relevantní i pro další předměty (např. elmag. pole); 3) bude natolik obeznámen se základní problematikou a terminologií, aby pro konkrétní problémy vlastní specializace věděl, kudy dál rozšiřovat své vzdělání nebo na jaký okruh specialistů se obrátit (turbulence, vedení tepla, turbíny a čerpadla, apod.).

Content:

Předmět začíná od budování pojmu "kontinuum" a "tekutina". Pokračuje přes kinematiku tekutin a nutný matematický aparát k zákonům zachování. Z nich budou odvozeny pohybové rovnice v různých přiblíženích (viz osnovu přednášek) doplněné o typická modelová řešení.

Course outlines:

1. Pojem kontinuum, materiálová povaha tekutin, částice tekutiny, Knudsenovo číslo
2. Kinematika tekutin, Eulerův a Lagrangeův popis, materiálová derivace
3. Zákon zachování hmoty a hybnosti v tekutinách
4. Pojem nestlačitelná tekutina, zákon zachování energie v tekutinách
5. Soustava Eulerových rovnic
6. Hydrostatika
7. Viskozita a tepelná vodivost, základní pojmy termodynamiky v tekutinách
8. Soustava Navierových-Stokesových rovnic, úvod do dějů v mezních vrstvách
9. Zákon podobnosti, podobnostní čísla (Re, Ma, Sr…) a úvod do jejich inženýrských aplikací
10. Bernoulliho rovnice v různých přiblíženích a její význam pro praktické odhady
11. Obtékání těles, původ vztlaku, křídlo
12. Problémy nelinearit v dynamice proudění, pojem turbulence
13. Akustická limita Navierových-Stokesových rovnic, pojem rázová vlna, původ hluku z obtékání těles
14. Shrnující pohled na problematiku, klasifikovaný zápoče

Exercises outline:

Cvičení kopíruje témata přednášek.

Literature:

Především zápisky a prezentace z přednášek a cvičení. Literatura: Brdička, Samek, Sopko: Mechanika kontinua. Academia, 2011. Bednařík: Fyzika I. ČVUT, 2011. Lautrup: Physics of continuous matter, 2nd edition. Routledge, 2011. Batchelor: An introduction to fluid dynamics, 2nd edition. Cambridge University Press, 2000.

Requirements:

Docházka na cvičení a dosažení minimálně 50% úspěšnosti v celkovém bodování semestru.

Keywords:

mechanika kontinua, mechanika tekutin, zákony zachování, matematické metody ve fyzice

Subject is included into these academic programs:

Program Branch Role Recommended semester


Page updated 22.3.2025 12:51:06, semester: Z,L/2025-6, Z,L/2024-5, Send comments about the content to the Administrators of the Academic Programs Proposal and Realization: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)