Механика жидкости и газа - Филиал РГГМУ в Туапсе

Министерство образования и науки Российской Федерации
Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Российский государственный гидрометеорологический университет»
в г. Туапсе
УТВЕРЖДАЮ:
Заместитель директора по учебной работе
(руководитель структурного подразделения)
(в состав которого входит кафедра-составитель)
__________________ Шутов В.В.
«__»______________20__г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
дисциплины «Механика жидкости и газа»
по направлению (специальности) 020602 «Метеорология»
Форма обучения очная
Блок дисциплин
Всего учебных занятий,
330
(в академических часах)
в том числе:
аудиторных, из них:
лекций
лабораторных
практических (семинарских)
самостоятельных
Отчетность
Курсовой проект (работа)
Экзамен
Экзамен
172
86
54
32
158
4 семестр
5 семестр
Туапсе
2011
ОПД
Рабочая программа составлена на основании ГОС ВПО и учебного плана Филиала
РГГМУ в г.Туапсе специальности (направления) 020602 «Метеорология»
на кафедре «Метеорологии и природопользования».
Составители рабочей программы
Доцент, к.х.н.
_________________
(должность, ученое звание, степень)
(подпись)
Иванова Е. Р.
(Фамилия И. О.)
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры «Метеорологии и
природопользования»
Протокол заседания № ___от «__»___ 20__ г.
Заведующий кафедрой
«___»________20__г.
_________________
(подпись)
Цай С.Н.
(Фамилия И. О.)
Согласовано с научно-методической комиссией
Председатель научно-методической комиссии
«___»________20__г.
_________________ ___________________
(подпись)
(Фамилия И. О.)
Выписка из ГОС ВПО по направлению подготовки дипломированного
специалиста 020602 «Метеорология»:
Индекс
ОПДФ
02.02
Наименование дисциплины и ее основные разделы
Механика жидкости и газа:
Основные методы механики жидкости и газа, математический аппарат
механики жидкости и газа; кинематика и общие теоремы динамики
жидкости и газа; основные уравнения и теоремы динамики идеального газа,
одномерные задачи; уравнения Эйлера и Гельмгольца, теорема Бернулли,
изэнтропические формулы, одномерные потоки идеального газа, плоские
безвихревые течения идеальной жидкости и газа: основные теремы,
потенциал скоростей, до- и сверхзвуковое обтекание тонких профилей;
пространственные
безвихревые
движения
идеальной
жидкости6
потенциалы скоростей и функции тока простейших пространственных
течений; динамика вязкой несжимаемой жидкости, простейшие задачи
ламинарного пограничного слоя, уравнения Навье-Стокса, примеры
линейных задач; ламинарный пограничный слой; турбулентные движения
несжимаемой жидкости, неустойчивость ламинарных течений, уравнения
Рейнольдса, турбулентный пограничный слой.
Крупномасштабные движения на вращающейся Земле, подходы и
особенности к описанию крупномасштабных движений на вращающейся
Земле: уравнения движения во вращающейся системе координат, уравнения
движения в сферических координатах, геострофическое и градиентное
движение, термический ветер; теория мелкой воды: основные уравнения,
потенциальный вихрь, волны Пуанкаре и Кельвина, акустические и
гравитационные волны, волны Россби и их динамика; планетарный
пограничный слой, течения в планетарном пограничном слое; движения в
стратифицированной
жидкости
на
сфере,
волны
Россби
в
стратифицированной жидкости, взаимодействие волн с зональным потоком,
теория баротропной и бароклинной неустойчивости крупномасштабных
течений: необходимые и достаточные условия неустойчивости,
характеристики неустойчивых течений; агеострофические движения и
теория фронтогенеза
Всего
часов
330
1. Цели и задачи учебной дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Целью преподавания механики жидкости и газа является формирование у студентов
знаний о классических теоремах и методах теоретической гидромеханики с изложением
современных инженерных методов расчетов, а также формирование навыков решения
конкретных задач, соответствующих профилю специальности.
Задачей изучения дисциплины является получение студентами теоретических знаний
и практических навыков, необходимых:
- для классификации, качественного анализа и математического описания изученных
гидромеханических процессов;
- для постановки и решения типовых задач, связанных с расчетами движения жидкости и
газа в открытых руслах и каналах, движение воды в водопроводящих, водосбросных и
сопрягающих сооружениях, движение грунтовых вод и т.д.;
- для проведения типовых гидромеханических измерений в потоках жидкости и газа;
- для анализа и обобщения результатов экспериментальных исследований.
1.2. Краткая характеристика дисциплины, ее место в учебном процессе
Курс «Механика жидкости и газа» является одним из базовых курсов в системе
образования специалистов в области метеорологии. Включая основные вопросы,
связанные с гидромеханическими и газодинамическими расчетами, он служит основой
для ряда дисциплин прикладного характера.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Изучение курса «Механика жидкости и газа» базируется на знаниях полученных
студентами при прохождении курсов физики, математики, теоретической механики и
др.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Знания, полученные при изучении курса «Механика жидкости и газа» применяются
при изучении курсов гидравлики, динамической метеорологии, физики океана и физики
вод суши.
2. Требования к уровню освоения дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен
иметь представление:
- о теории подобия и размерности в процессах движения жидкости и газа;
- об основах моделирования гидромеханических явлений;
- об экологических задачах в потоках жидкости и газа;
знать:
- основные законы механики жидких и газообразных сред;
- модели течения жидкости и газа;
уметь:
- проводить гидромеханические эксперименты в лабораторных условиях;
-использовать математические модели гидромеханических явлений и процессов для
расчетов жидких и газовых потоков.
3. Распределение учебных занятий по семестрам и тематический план дисциплины
Таблица 1
Распределение видов и часов занятий по семестрам
Вид занятий
Лекции
Лабораторные работы
Практические
(семинарские) занятия
Самостоятельная работа, в т. ч.
- курсовой проект (работа)
- контрольная работа
- экзамен (сем.)
- зачет (сем.)
Итого
1
Количество часов в семестр
2 3 4 5 6 7 8
32 54
54
32
60 98
4
9
Всего
86
54
32
158
4
330
Таблица 2
Тематический план изучения дисциплины
Количество часов
Аудиторных
Наименование разделов
№
Кинематика
и
общие
теоремы
динамики
жидкости и газа.
2 Основные уравнения и
теоремы динамики
идеальной жидкости и
газа.
3 Динамика
вязкой
несжимаемой жидкости.
4 Геофизическая
гидродинамика.
1
Итого часов
Лекции
Практ.
(сем.)
занятия
32
32
Самостоя
Лаборато тельных
(в том
рные
числе
работы
контроль
СРС*
60(6)
Всего
часов
124
16
16
26(3)
58
18
16
28(3)
62
20
22
44(5)
86
54
158(17)
330
86
32
4. Содержание дисциплины
4.1. Теоретический курс
Таблица 3
Теоретический курс
Раздел, тема учебной дисциплины,
Номер
содержание темы
лекции
1
2
ЧЕТВЕРТЫЙ СЕМЕСТР
Введение
Предмет исследования механики жидкости и газа.
1
Основные методы механики жидкости и газа.
Основные положения. Краткие сведения из истории
развития дисциплины. Связь предмета с другими
естественными
науками.
Основные
методы
исследования.
Основные понятия
Понятие жидкости и газа в гидромеханике. Понятие
физически бесконечно малого объема и гипотеза
сплошной среды Основные величины: плотность,
скорость, напряжение. Основные свойства жидкости.
Математический аппарат механики жидкости и газа.
Элементы векторного и тензорного исчисления.
Раздел 1. Кинематика и общие теоремы динамики
жидкости и газа
Количество часов
лекции
СРС
3
4
1
1
1
1
Тема 1.1. Задание движения сплошной среды
1.1.1. Методы исследования движения жидкости.
Два подхода к исследованию жидкости. Переменные
Лагранжа и Эйлера. Индивидуальная и местная
производные.
1.1.2. Поле скоростей.
Установившиеся
и
неустановившиеся
течения.
Скорость и ускорение. Траектории, линии тока.
Критические точки. Поверхность тока и трубка тока.
Плоское движение.
1.1.3. Примеры полей скоростей.
Пространственный источник. Плоский источник.
Вращение жидкости как твердого тела. Безвихревое
вращение жидкости. Изолированный вихрь.
Тема 1.2. Скорости и перемещения бесконечно
малого объема сплошной среды
1.2.1. Тензор скоростей деформации. Скорости и
перемещения точек жидкой частицы. Тензор скоростей
деформации. Смысл его компонент. Инварианты
тензора скоростей деформации.
1.2.2. Вихрь (ротор) скорости.
Вихрь скорости. Смысл компонент вихря скорости.
Вихревые линии, вихревые трубки. Теоремы
Гельмгольца.
1.2.3. Поток и дивергенция скорости.
Поток вектора. Расход жидкости. Физический смысл
потока вектора скорости. Дивергенция скорости.
Физический смысл дивергенции скорости. Запись
дивергенции
в
натуральных
координатах.
Определение вертикальной скорости при движении
несжимаемой жидкости.
1.2.4. Понятие и физический смысл циркуляции
скорости.
Циркуляция вектора скорости. Примеры определения
циркуляции скорости. Ускорение циркуляции.
1.2.5. Связь между циркуляцией скорости и полем
ротора скорости.
Физический смысл взаимосвязи завихренности и
циркуляции. Интенсивность вихревой трубки.
1.2.6. Функция тока и потенциал скорости.
Понятие и важнейшие свойства функции тока.
Определение функции тока по заданному полю
скорости. Потенциал скорости. Потенциальные
течения. Плоские течения. Примеры определения
потенциала скоростей по заданному полю скорости.
Тема 1.3. Основные уравнения движения и равновесия
сплошной среды
1.3.1. Закон сохранения масс.
Интегральная запись закона сохранения масс.
Дифференциальная запись закона сохранения масс
(уравнение
неразрывности).
Сжимаемая
и
несжимаемая жидкости.
2
2
1
3
2
2
4
2
2
5
1
2
1
2
6
2
2
7
1
2
1
1
8
2
2
9
2
1.3.2. Закон количества движения.
Массовые и поверхностные силы. Закон количества
движения в интегральной форме.
1.3.3. Тензор напряжений.
Тензор напряжений и физический смысл его
компонент. Модели идеальной жидкости и вязкой
ньютоновской жидкости. Тензоры напряжений для
них. Уравнения движения сплошной среды в
напряжениях.
1.3.4. Закон сохранения энергии.
Внутренняя энергия жидкого объема. Полная энергия
жидкого объёма. Закон сохранения энергии в
интегральной
форме.
Вектор
потока
тепла.
Нетеплопроводная
жидкость.
Жидкость,
подчиняющаяся закону теплопроводности Фурье.
Дифференциальная запись закона сохранения энергии.
Тема 1.4. Уравнения равновесия жидкости и газа
1.4.1. Уравнения равновесия и условия их
разрешимости.
Уравнения равновесия. Условия разрешимости
системы
уравнений
равновесия.
Условия
на
поверхности раздела двух жидкостей. Равновесие
однородной несжимаемой жидкости.
1.4.2. Равновесие баротропной жидкости.
Понятие о баротропной и бароклинной жидкости.
Равновесие баротропной жидкости. Частные случаи
баротропных процессов: несжимаемая жидкость,
изотермический процесс, адиабатический процесс.
1.4.3. Равновесие тяжелой несжимаемой жидкости.
Главный вектор и главный момент сил давления на
твердую
поверхность.
Равновесие
тяжелой
несжимаемой жидкости. Закон Архимеда.
ПЯТЫЙ СЕМЕСТР
Раздел 2. Основные уравнения и теоремы динамики
идеальной жидкости и газа
Тема 2.1. Уравнения идеальной жидкости.
2.1.1. Запись уравнений в форме Эйлера.
Система уравнений идеальной нетеплопроводной
жидкости и постановка задач для нее. Уравнения
Эйлера.
Постановка
задач
об
отыскании
установившихся
и
неустановившихся
течений
идеальной жидкости.
2.1.2. Различные формы записи уравнений
движения.
Уравнения движения в натуральных координатах.
Уравнение Эйлера в форме Громеки-Лэмба.
2.1.3. Адиабата Пуассона.
Тема 2.2. Интегралы уравнений движения идеальной
жидкости.
2.2.1. Интеграл Бернулли.
Функция давления. Интеграл Бернулли. Частные
случаи интеграла Бернулли: однородная несжимаемая
10
2
1
11
2
1
12,13
2
2
2
2
14
2
2
15
2
2
16
2
2
17
2
2
18
1
2
1
2
2
2
19
жидкость, идеальный газ.
2.2.2. Интегрирование уравнений движения.
Интеграл Лагранжа. Интеграл Эйлера-Бернулли.
Тема 2.3. Плоские безвихревые течения идеальной
жидкости и газа
2.3.1. Теоремы Кельвина и Лагранжа.
Теоремы
Кельвина
и
Лагранжа.
Условия
существования безвихревых течений.
2.3.2. Комплексный потенциал.
Комплексный потенциал и комплексная скорость.
Комплексные потенциалы простейших потоков.
Тема 2.4. Вихревые течения идеальной жидкости
2.4.1. Основные теоремы.
Теорема Томсона. Теорема Лагранжа. Теоремы
Гельмгольца о сохранении вихрей.
2.4.2. Возникновение вихрей.
Образование вихрей. Уравнение Фридмана для вихря.
Теорема Бьеркнеса об ускорении циркуляции.
Примеры образования вихрей.
Раздел 3. Динамика вязкой несжимаемой жидкости
Тема 3.1. Система уравнений гидромеханики вязкой
жидкости
3.1.1. Понятие о вязкой жидкости.
Ньютоновская вязкая жидкость. Общие свойства
движений вязкой жидкости (необратимость движения,
завихренность течений, диссипация механической
энергии).
3.1.2. Система уравнений гидромеханики вязкой
теплопроводной жидкости и постановка задач для нее.
Общая система уравнений гидромеханики вязкой
жидкости.
Система уравнений гидромеханики
однородной несжимаемой вязкой жидкости. Уравнение
Навье-Стокса. Постановка задач об отыскании течений
вязкой теплопроводной жидкости.
Тема 3.2. Точные решения уравнения вязкой
жидкости.
Постановка задачи об отыскании одномерных течений
вязкой
жидкости.
Пример
одномерного
нестационарного
течения
вязкой
жидкости.
Установившееся течение между двумя параллельными
плоскостями.
Тема 3.3. Подобие гидромеханических процессов
3.3.1. Подобие течений вязкой жидкости.
Сходственные пространственно-временные точки.
Запись уравнений гидромеханики вязкой жидкости в
безразмерном виде. Подобие установившихся течений.
3.3.2. Критерии подобия.
Числа Рейнольдса, Фруда, Струхаля, Эйлера, Маха.
Физический смысл критериев подобия.
Тема 3.4. Простейшие задачи ламинарного
пограничного слоя
3.4.1. Течения вязкой жидкости при больших
20
2
2
21
2
2
22
2
2
23
2
2
24
2
2
25
2
26
2
2
27
2
2
28
2
1
29
2
1
числах Рейнольдса.
Уравнения Прандтля ламинарного пограничного слоя.
Пограничный слой на пластине.
3.4.2. Течения вязкой жидкости при малых числах
Рейнольдса.
Тема 3.5. Турбулентные движения несжимаемой
жидкости
3.5.1. Общие понятия о турбулентности.
Два режима течения жидкости – ламинарный и
турбулентный. Неустойчивость ламинарных течений и
возникновение турбулентности.
3.5.2. Уравнения Рейнольдса осредненного
турбулентного течения.
Уравнения Рейнольдса осредненного турбулентного
течения. Турбулентный пограничный слой.
3.5.3. Полуэмпирические теории турбулентности.
Полуэмпирические теории турбулентности. Проблемы
замыкания в теории турбулентности.
Раздел 4. Геофизическая гидродинамика
Тема 4.1. Уравнения движения жидкости во
вращающейся системе координат.
Подходы
и
особенности
к
описанию
крупномасштабных движений на вращающейся Земле.
Силы, действующие в жидкости на вращающейся
Земле. Центростремительное ускорение. Ускорение
Кориолиса. Уравнения движения во вращающейся
системе
координат.
Уравнения
движения
в
сферических координатах.
Тема 4.2. Геострофическое и градиентное движение,
термический ветер
Геострофическое движение воздуха (геострофический
ветер) и воды (геострофическое течение). Градиентное
и
циклострофическое
движение.
Следствие
геострофического и гидростатического приближений.
Геострофическое приспособление полей давления и
ветра. Термический ветер. Связь термического ветра с
адвективным изменением температуры. Баротропная и
бароклинная жидкая и воздушная среда
Тема 4.3. Теория мелкой воды
Модель, уравнения. Интегральные соотношения.
Абсолютный и относительный вихрь скорости.
Уравнение переноса вихря. Условие сохранения
абсолютного вихря. Потенциальный вихрь. Плоские
волны.
Тема 4.4. Волны в геофизических средах.
4.4.1. Уравнения линейной теории волн.
Метод малых возмущений. Параметры волн. Система
уравнений для малых колебаний. Главные типы
атмосферных волн.
4.4.2. Акустические волны
4.4.3. Гравитационные волны.
Внутренние гравитационные волны. Гравитационные
30
2
2
31
2
2
32
2
2
33
1
2
1
4
34
2
2
35
2
2
36
2
4
37
2
2
38
39
2
2
2
4
волны на мелкой воде. Гравитационные волны на
границе двух масс с разными плотностями. Проблемы
отфильтровывания гравитационных волн.
4.4.4. Волны Россби.
Волны Россби и их динамика. Механизм поддержания
волн Россби. Групповая скорость, энергия и поток
энергии. Резонансное взаимодействие.
Тема 4.5. Планетарный пограничный слой и течения в
нем.
Течения в планетарном пограничном слое. Уравнения
движения для стационарного, горизонтально однородного ППС. Распределение скорости и сил по высоте
в верхнем слое океана и в пограничном слое
атмосферы, толщина ППС.
Тема 4.6. Движения в стратифицированной жидкости
на сфере.
Квазигеострофическое движение и статическая
устойчивость.
Экмановский
слой
в
стратифицированной
жидкости
и
доступная
потенциальная энергия слоя. Волны Россби в
стратифицированной
жидкости.
Вынужденные
стационарные волны в атмосфере. Многослойная
модель волн Россби.
Тема 4.7. Теория баротропной и бароклинной
неустойчивости крупномасштабных течений
Неустойчивость
крупномасштабных
течений.
Необходимое условие баротропной устойчивости.
Достаточное условие устойчивости. Верхний предел
скорости роста волновых возмущений. Критический
уровень. Условия бароклинной неустойчивости.
Простейшие критерии бароклинной неустойчивости.
Тема 4.8. Агеострофические движения и теория
фронтогенеза
Общие положения и понятия. Кинематическое и
динамическое условие на поверхности раздела. Волны
на поверхности раздела. Теория Н. Е. Кочина
устойчивости волновых движений на поверхности
раздела. Основы теории циклогенеза.
40
2
2
41
2
2
42
2
4
43
1
4
1
4
4.2. Практические (семинарские) занятия
Таблица 4
Практические (семинарские) занятия
Номер
заня
тия
1
2
Номер
раздела,
тема
дисциплины
Описание движения среды в
Раздел 1.
переменных
Эйлера
и
Тема 1.1.
Лагранжа.
Определение характера
Раздел 1.
Наименование темы
занятия
Формы
контроля
выполнения
работы*
Коллоквиум
Аудиторных
2
СРС
Коллоквиум
2
1
Объем в часах
1
движения среды.
Нахождение линий тока и
траекторий.
Примеры определения полей
скоростей
Тема 1.1.
Раздел 1.
Тема 1.1.
Раздел 1.
Тема 1.1.
10
Нахождение тензора
скоростей деформации.
Определение значений
скоростей, проекции
дивергенции, вихря.
Примеры определения
циркуляции скорости
Примеры
определения
потенциала
скоростей
и
функции тока по заданному
полю скорости.
Примеры определения
функции тока по известному
потенциалу скорости
Уравнение неразрывности
11
Закон количества движения
12
Уравнения движения
сплошной среды
Уравнение энергии
3
4
5
6
7
8
9
13
14
15
16
Определение
термодинамических
характеристик воздуха
уравнений гидростатики.
Равновесие баротропной
жидкости
Равновесие тяжелой
несжимаемой жидкости
2
2
2
2
Раздел 1.
Тема 1.2.
Раздел 1.
Тема 1.2.
Контрольная
работа
Тест по
пройденной
теме
Контрольное
задание
Контрольное
задание
2
2
2
2
Раздел 1.
Тема 1.2.
Раздел 1.
Тема 1.2.
Контрольное
задание
Контрольная
работа
2
2
2
2
Раздел 1.
Тема 1.2.
Тест по
пройденной
теме
Коллоквиум
2
2
2
2
Коллоквиум
2
2
Коллоквиум
2
2
Тест по
пройденной
теме
Контрольная
работа
2
2
2
2
Коллоквиум
2
2
Тест по
пройденной
теме
2
2
32
30
Раздел 1.
Тема 1.3.
Раздел 1.
Тема 1.3.
Раздел 1.
Тема 1.3.
Раздел 1.
Тема 1.3.
Раздел 1.
Тема 1.4.
из
Раздел 1.
Тема 1.4.
Раздел 1.
Тема 1.4.
ИТОГО
4.3. Лабораторные занятия
Таблица 5
Лабораторные работы
Номер
лаб.
работы
1
Номер
раздела,
тема
дисциплины
приборы
Раздел 2.
Наименование лабораторной
работы
Методы
и
Формы
контроля
выполнения
работы
Отчет и
Объем в часах
Аудиторных
4
СРС
2
измерения давления
Тема 2.2.
Экспериментальное
исследование закона Паскаля
с применением основного
закона гидростатики в трубе
переменного сечения.
Опытная
иллюстрация
уравнения Бернулли.
Раздел 2.
Тема 2.2.
Экспериментальные
исследования закона
сохранения энергии для
потока реальной
несжимаемой жидкости в
трубе переменного сечения
Измерение динамической
вязкости жидкостей
Раздел 2.
Тема 2.2.
6
Вязкость газов
Раздел 3.
Тема 3.1.
7
Поверхностное натяжение в
жидкостях
Раздел 3.
Тема 3.1.
8
Изучение режимов движения
жидкости (опыт Рейнольдса)
Раздел 3.
Тема 3.5.
9
Определение режимов
течения жидкости
Раздел 3.
Тема 3.5.
10
Дифференциальные
характеристики
метеорологических полей.
Раздел 4.
Тема 4.1.
11
Раздел 4.
Тема 4.2.
12
Геострофическое,
градиентное и инерционное
движение. Агеострофические
отклонения.
Термический ветер.
13
Гравитационные волны.
Раздел 4.
Тема 4.4.
2
3
4
5
Раздел 2.
Тема 2.2.
Раздел 3.
Тема 3.1.
Раздел 4.
Тема 4.2.
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
4
2
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
4
2
4
2
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
2
2
2
2
4
2
4
2
4
2
4
2
4
2
2
2
4
2
14
Планетарные волны Россби.
Раздел 4.
Тема 4.4.
15
Спираль Экмана
Раздел 4.
Тема 4.6.
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
Отчет и
защита
лабораторной
работы
ИТОГО
4
2
4
2
54
30
4.4. Курсовой проект (работа)
Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.
4.5. Самостоятельная работа студентов
Таблица 6
Программа самостоятельной работы студентов
Номера
разделов и
тем дисциплины
Виды СРС
Сроки
выполнения
Раздел 1. Изучение дополнительной литературы В течение
в библиотеке филиала, города.
недели после
Введение
Изучение информации по теме в сети тематической
интернет. Оформление краткого
лекции
реферата в электронном виде.
Формы контроля
Объём,
СРС
часов
Защита
реферата
2
Раздел 1. Решение задач и упражнений,
Тема 1.1. подготовка к коллоквиумам,
подготовка к тестированию по теме
В течение
Контрольная
недели после
работа,
тематической коллоквиум,
лекции
тест по теме
11
Раздел 1. Решение задач и упражнений,
Тема 1.2. проработка учебного материала,
подготовка к тестированию по теме
В течение
Контрольная
недели после работа, тест
тематической
по теме
лекции
21
Раздел 1. Решение задач и упражнений,
Тема 1.3. подготовка к коллоквиумам,
подготовка к тестированию по теме
В течение
Контрольная
недели после
работа,
тематической коллоквиум,
лекции
тест по теме
14
Раздел 1. Решение задач и упражнений,
В течение
Контрольная
подготовка
к
коллоквиумам,
изучение
недели
после
работа,
Тема 1.4.
темы для самостоятельного освоения, тематической коллоквиум,
подготовка к тестированию по теме
лекции
тест по теме
12
Раздел 2. Конспектирование первоисточников и
В течение
Коллоквиум
недели после
Тема 2.1. другой учебной литературы,
тематической
6
подготовка к коллоквиуму
лекции
Раздел 2. Проработка учебного материала,
Тема 2.2. подготовка к выполнению и сдаче
лабораторных работ
В течение
Защита
недели после лабораторной
тематической
работы
лекции
12
Раздел 2. Проработка учебного материала,
Тема 2.3. подготовка к коллоквиуму
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
4
Раздел 2. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
тест по
Тема 2.4. подготовка к коллоквиуму, подготовка недели после
к тестированию по разделу
тематической
разделу
лекции
4
Раздел 3. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
подготовка
к
коллоквиуму,
подготовка
недели
после
защита
Тема 3.1.
к выполнению и сдаче лабораторных тематической лабораторной
работ
лекции
работы
8
Раздел 3. Проработка учебного материала,
Тема 3.2. подготовка к тестированию по теме
В течение
Тест по теме
недели после
тематической
лекции
2
Раздел 3. Проработка учебного материала,
Тема 3.3. подготовка к коллоквиуму
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
2
Раздел 3. Проработка учебного материала,
Тема 3.4. подготовка к коллоквиуму
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
4
Раздел 3. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
подготовка
к
коллоквиуму,
подготовка
недели
после
защита
Тема 3.5.
к выполнению и сдаче лабораторных тематической лабораторной
работ, изучение темы для
лекции
работы
самостоятельного освоения
12
Раздел 4. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
защита
Тема 4.1. подготовка к коллоквиуму, подготовка недели после
к выполнению и сдаче лабораторной тематической лабораторной
работы
лекции
работы
4
Раздел 4. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
подготовка
к
коллоквиуму,
подготовка
недели
после
защита
Тема 4.2.
к выполнению и сдаче лабораторных тематической лабораторной
работ, подготовка к тестированию по
лекции
работы, тест
теме
по теме
6
Раздел 4. Проработка учебного материала,
Тема 4.3. подготовка к коллоквиуму
4
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
Раздел 4. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
подготовка
к
коллоквиуму,
подготовка
недели
после
защита
Тема 4.4.
к выполнению и сдаче лабораторных тематической лабораторной
работ, изучение темы для
лекции
работы, тест
самостоятельного освоения,
по теме
подготовка к тестированию по теме
14
Раздел 4. Проработка учебного материала,
Тема 4.5. подготовка к коллоквиуму
2
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
Раздел 4. Проработка учебного материала,
В течение
Коллоквиум,
защита
Тема 4.6. подготовка к коллоквиуму, подготовка недели после
к выполнению и сдаче лабораторной тематической лабораторной
работ, изучение темы для
лекции
работы
самостоятельного освоения
6
Раздел 4. Проработка учебного материала,
Тема 4.7. подготовка к коллоквиуму, изучение
темы для самостоятельного освоения
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
4
Раздел 4. Проработка учебного материала,
Тема 4.8. подготовка к коллоквиуму, изучение
темы для самостоятельного освоения
В течение
Коллоквиум
недели после
тематической
лекции
4
ИТОГО
158
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Перечень рекомендуемой литературы
Основная литература:
1. Валландер С. В. Лекции по гидроаэромеханике. - СПб., Изд. СПбГУ, 2005.
2. Винников С. Д. Гидромеханика для гидрологов суши. Учебное пособие. - СПб: изд.
РГГМУ, 1998 - 192 с.
3. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. - М., Изд-во: Дрофа, 2003 - 840 с.
4. Монин А. С. Теоретические основы геофизической гидродинамики. - Л.,
Гидрометеоиздат, 1988.
5. Палагин Э. Г., Славин И. А. Основы гидромеханики. - Л., ЛГИ, 1974.
6. Подольская Э.Л. Механика жидкости и газа. Раздел «Геофизическая
гидродинамика». Учебное пособие. – СПб.: изд. РГГМУ, 2007. – 154 с.
Дополнительная литература:
7. Гилл А. Динамика атмосферы и океана. Т. 1. и 2. М., Мир, 1986.
8. Карман Т. Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии. – Ижевск:
НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 208 с.
9. Крайко А.Н., Ватажин А.Б., Любимов Т.А. Механика жидкости и газа. Избранное.
М.: Физмат, 2003 – 752 с.
10. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М., Теоретическая физика т.6. Гидромеханика - М.: Наука,
1986 - 735 с.
11. Радикевич В. М. Динамическая метеорология для океанологов, Л. ЛГМИ, 1985.
12. Шмыглевский Ю.Д. Аналитические исследования динамики газа и жидкости. М.:
Эдиториал УРСС, 1999. – 232 с.
5.2. Методические рекомендации (материалы) преподавателю
По дисциплине «Механика жидкости и газа» учебным планом предусмотрены
следующие виды учебных занятий: лекции, практические (семинарские), лабораторные.
Лекции являются одним из основных методов обучения и должны решать
следующие задачи:
 изложение важнейшего материала программы курса, освещающего основные
моменты;
 формирование у студентов потребности к самостоятельной работе над учебной и
научной литературой.
Методика чтения лекций зависит от этапа изучения предмета и уровня общей
подготовки обучающихся, форма ее проведения - от характера темы и содержания
материала.
Главной задачей каждой лекции является раскрытие сущности темы и анализ ее
главных положений. Рекомендуется на первой лекции довести до внимания студентов
структуру курса и его разделы, а в дальнейшем указывать начало каждого раздела, суть и
его задачи, а, закончив изложение, подводить итог по этому разделу, чтобы связать его со
следующим.
Содержание лекций определяется рабочей программой курса. Каждая лекция
должна охватывать и исчерпывать определенную тему курса и представлять собой
логически законченную работу.
Практическое занятие – это одна из форм учебных занятий, на которых студенты
приобретают необходимые умения и навыки по тому или иному разделу определенной
научной дисциплины, входящей в состав учебного плана. Практическое занятие включает в
себя комплекс заданий и упражнений, способствующих развитию практических умений и
навыков.
Основная цель практических занятий - помочь студентам лучше усвоить,
систематизировать и закрепить пройденный материал, приобрести умения и практические
навыки, обучиться способам и методам использования теоретических знаний при решении
различных задач.
Основными задачами практических занятий являются:
 углубление теоретической и практической подготовки студентов;
 овладение умениями и навыками, предусмотренными целями конкретной темы или
раздела программы;
 отражение в учебном процессе требований научно-технического прогресса,
современных достижений науки и техники;
 развитие инициативы и самостоятельности студентов во время выполнения ими
практических занятий.
При подготовке к практическому занятию преподавателю необходимо:
 определить цели и задачи практического занятия, направленность и организацию
работы, дать название в соответствии с учебным планом и программой цикла;
 обеспечить, при необходимости, занятие вспомогательными материалами;
 разработать критерии, по которым можно быстро и точно контролировать результаты,
полученные студентами в ходе практического занятия.
Контроль работы студента осуществляется путем предварительного контроля
готовности к проведению практического занятия; промежуточного контроля при проведении
практического занятия и итогового контроля в виде специальных контрольных заданий.
Целями проведения лабораторных работ являются:
 установление связей теории с практикой в форме экспериментального
подтверждения положений теории;
 обучение студентов умению анализировать полученные результаты;
 контроль самостоятельной работы студентов по освоению курса;
 обучение навыкам профессиональной деятельности.
Цели лабораторного практикума достигаются наилучшим образом в том случае, если
выполнению эксперимента предшествует определенная подготовительная внеаудиторная
работа..
Перед началом очередного занятия преподаватель должен удостовериться в
готовности студентов к выполнению лабораторной работы путем короткого
собеседования и проверки наличия у студентов заготовленных протоколов проведения
работы.
5.3. Методические рекомендации студентам
При изучении дисциплины «Механика жидкости и газа» студент может использовать
материалы, находящиеся в электронной библиотеке филиала (папка «Механика жидкости
и газа»), в студенческой библиотеке филиала, а также в городской библиотеке.
Главной целью лабораторных работ является установление тесных взаимосвязей
теоретического курса с практикой. При подготовке к выполнению лабораторных работ
студент должен изучить теоретический материал по теме лабораторной работы и
подготовить отчет по лабораторной работе.
Предварительная подготовка студента к практическому занятию проводится на лекциях,
в процессе самостоятельной работы с обязательной и дополнительной литературой.
Значительная часть программного материала учебных дисциплин изучается
студентами самостоятельно. Самостоятельная работа преследует две цели:
 научить студентов работать самостоятельно, что необходимо для развития у
будущих специалистов навыков творческого мышления;
 научить студентов получать знания путем самообразования, например, в виде
индивидуальной работы под руководством преподавателя.
Ниже предлагаются некоторые формы организации самообразования.
1. Изучение разделов или тем дисциплины по учебникам или учебным пособиям.
Результаты этой работы проверяются на коллоквиумах, по выполненным
рефератам, индивидуальным заданиям и т.д.
2. Усвоение части лекции по раздаточному материалу, что позволяет преподавателю
уделить больше внимания изложению основного материала. Результаты данной
работы проверяются на соответствующих этапах рейтинг-контроля.
3. Работы с автоматизированными обучающими и контролирующими системами как
в рамках лекционных занятий, так и в рамках подготовки к лабораторным работам
или практическим занятиям.
4. Работа над разделами или темами дисциплины по специальной или научной
литературе. Ее результаты проверяются на соответствующих этапах рейтингконтроля.
6. Формы и методика текущего, промежуточного и итогового контроля
В соответствие с положением филиала РГГМУ в г. Туапсе «О модульной системе
обучения», утвержденной ученым советом филиала 3 июля 2007 г., протокол № 15.
Основные принципы формирования рейтинговой оценки:
1. Максимальная сумма рейтинговых баллов, полученных студентом по результатам
любого вида контроля и в целом по всей учебной дисциплине в семестре,
составляет 100 баллов.
2. Пересчет оценки в баллах по любому виду контроля в академическую оценку
осуществляется по единой методике на основе специально разработанной
интервальной шкалы перевода.
3. Итоговая академическая оценка студента по дисциплине за семестр определяется
общей рейтинговой оценкой. Общая рейтинговая оценка студента по учебной
дисциплине за семестр складывается из накопительного рейтинга, который
формируется в процессе учебной деятельности студента в семестре, и
экзаменационного рейтинга (экзаменационная оценка в баллах).
В свою очередь формирование накопительного рейтинга также осуществляется
по двум составляющим: текущий рейтинг (активность аудиторной и ритмичность
самостоятельной работы), промежуточный рейтинг (объем и качество усвоения
учебного материала модуля, оценка работы над заданиями творческой
компоненты).
4. По результатам успешной и ритмичной учебной деятельности в течение семестра
студентам может быть выставлена оценка по дисциплине без сдачи экзамена
(оценка – «автомат»).
5. Формирование рейтинга студента по любой дисциплине осуществляется по единой
для всего вуза методике.
КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ
Механика жидкости и газа 2 курс
ПОКАЗАТЕЛИ
КОЛ-ВО
ЧАСОВ
Входной рейтинг
Посещение
68
в т.ч. лекции
34
практические занятия
34
КОЛ-ВО
ТЕСТОВ,
К/Р
БАЛЛЫ
ИТОГО
1
5
5
0,5
34
Тесты по модулям
5
10
50
Итоговый тест
1
11
11
ИТОГО
100
РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ
ПОКАЗАТЕЛИ
60-72%
73-85%
86-100%
«УДОВЛЕТВ.»
«ХОРОШО»
«ОТЛИЧНО»
3
3,7
4,3
20,4
24,8
29,2
Тесты по модулям
30
36,5
43
Итоговый тест
6,6
8
9,5
Итого минимальное
количество баллов
60
73
86
Входной рейтинг
Посещение
Механика жидкости и газа 3 курс
ПОКАЗАТЕЛИ
КОЛ-ВО
ЧАСОВ
Входной рейтинг
Посещение
108
в т.ч. лекции
54
практические занятия
54
КОЛ-ВО
ТЕСТОВ,
К/Р
БАЛЛЫ
ИТОГО
1
4
4
0,3
33
Тесты по модулям
5
10
50
Итоговый тест
1
13
13
ИТОГО
100
РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ
ПОКАЗАТЕЛИ
60-72%
73-85%
86-100%
«УДОВЛЕТВ.»
«ХОРОШО»
«ОТЛИЧНО»
Входной рейтинг
2
3
4
Посещение
20
24
28
Тесты по модулям
30
36
42
Итоговый тест
8
10
12
Итого минимальное
количество баллов
60
73
86
Формы контроля практических (семинарских) занятий и лабораторных занятий
представлены в таблицах 4, 5 разделов 4.2, 4.3. рабочей программы соответственно.
Формы контроля усвоения разделов и тем рабочей программы, выделенных для
самостоятельного изучения представлены в таблице 6 раздела 4.5.
Итоговой формой контроля по дисциплине «Механика жидкости и газа» является
экзамен. При проведении экзаменов, устанавливаются единые критерии экзаменационных
оценок:
 «отлично» - выставляется студенту, показавшему полные знания учебной
программы дисциплины, умение уверенно применять их на практике;
 «хорошо» - выставляется студенту, показавшему полные знания учебной
программы дисциплины, умение применять их на практике и допустившему в
ответе некоторые несущественные неточности;
 «удовлетворительно» - выставляется студенту, показавшему фрагментарный,
разрозненный характер знаний, при этом он владеет основными разделами учебной
программы, необходимыми для дальнейшего обучения и может применять
полученные знания по образцу в стандартной ситуации;
 «неудовлетворительно» - выставляется студенту, ответ которого содержит
существенные пробелы в знании основного содержания учебной программы
дисциплины и не умеющего использовать полученные знания при решении
практических задач.
Экзаменационные вопросы по дисциплине «Механика жидкости и газа»
2 курс 4 семестр
1. Понятие сплошной среды.
2. Основные методы исследования сплошной среды.
3. Какие жидкости можно считать сжимаемыми, а какие – несжимаемыми? Назовите
основные свойства жидкости.
4. Элементы тензорного исчисления.
5. Переменные Эйлера и переменные Лагранжа.
6. Как перейти от переменных Эйлера к переменным Лагранжа?
7. Модели идеальной и вязкой жидкости.
8. Индивидуальная и местная производные в переменных Эйлера и Лагранжа.
9. Как вычислить скорость и ускорение частицы в переменных Лагранжа и в
переменных Эйлера?
10. Примеры полей скоростей.
11. Линия тока. Траектория. В каком случае совпадают траектории и линии тока?
12. Запишите параметрические уравнения траектории точки в переменных Эйлера и
Лагранжа.
13. Плоское движение.
14. Примеры простейших плоских течений.
15. Поток вектора скорости через поверхность.
16. Дивергенция скорости. Физический смысл дивергенции скорости.
17. Запись плоской дивергенции в натуральных координатах.
18. Определение вертикальной скорости при движении несжимаемой жидкости.
19. Понятие и физический смысл циркуляции скорости.
20. Циркуляция скорости в плоском движении.
21. Интенсивность вихревой трубки
22. Ускорение циркуляции. Теорема Томпсона
23. Понятие и важнейшие свойства функции тока.
24. Определение ф ункции тока по заданному полю скорости
25. Понятие и важнейшие свойства потенциала скорости.
26. Как определить потенциал скорости и функцию тока по заданному полю
скоростей?
27. Какой физический смысл имеют компоненты тензора скоростей деформации?
28. Объясните понятие вихрь скорости. Что такое вихревые линии, вихревые
поверхности и вихревая трубка?
29. Физический смысл связи завихренности и циркуляции.
30. Объясните физический смысл компонент тензора напряжений.
31. Тензоры напряжений для идеальной и вязкой жидкости.
32. Поверхностные и массовые силы.
33. Запишите закон сохранения масс в интегральной форме.
34. Запишите закон сохранения масс дифференциальной форме.
35. Интегральная запись закона количества движения.
36. Уравнения движения сплошной среды в напряжениях.
37. Полная энергия жидкого объема. Закон сохранения энергии в интегральном виде.
38. Следствием каких физических принципов являются уравнения движения,
неразрывности и энергии?
39. Вектор потока тепла.
40. Жидкость, подчиняющаяся закону теплопроводности Фурье.
41. Дифференциальная запись закона сохранения энергии.
42. Уравнения равновесия и условия их разрешимости.
43. Равновесие однородной несжимаемой жидкости.
44. Равновесие баротропной жидкости.
45. Главный вектор и главный момент сил давления на твердую поверхность.
46. Равновесие тяжелой несжимаемой жидкости.
Экзаменационные вопросы по дисциплине «Механика жидкости и газа»
3 курс 5 семестр
1. Система уравнений идеальной нетеплопроводной жидкости и постановка задач для
нее.
2. Адиабата Пуассона.
3. Интеграл Бернулли.
4. Частные случаи интеграла Бернулли.
5. Интеграл Лагранжа.
6. Интеграл Эйлера-Бернулли.
7. Уравнения для плоских течений.
8. Связь между потенциалом течения и его функцией тока.
9. Комплексные потенциалы простейших потоков.
10. Основные характеристики вихревых движений идеальной жидкости.
11. Теорема Томпсона.
12. Теорема Лагранжа.
13. Первая теорема Гельмгольца.
14. Вторая теорема Гельмгольца.
15. Уравнение Фридмана.
16. Теорема Бьеркнеса об ускорении циркуляции.
17. Система уравнений вязкой жидкости и постановка задач для нее.
18. Общие свойства движения вязкой жидкости.
19. Уравнение Навье-Стокса.
20. Отличие постановки начально-краевых задач для вязкой и идеальной жидкости.
21. Точные решения системы уравнений вязкой жидкости.
22. Запись уравнений гидромеханики вязкой жидкости в безразмерном виде.
23. Подобие течений вязкой жидкости.
24. Критерии подобия. Их физический смысл.
25. Течение вязкой жидкости при больших числах Рейнольдса.
26. Уравнений Прандтля ламинарного пограничного слоя.
27. Течение вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса.
28. Характеристика режимов течения жидкости.
29. Уравнения Рейнольдса осредненного турбулентного движения. Турбулентный
пограничный слой.
30. Тензор турбулентных напряжений.
31. Полуэмпирические теории турбулентности.
32. Силы, действующие в жидкости на вращающейся Земле.
33. Уравнения движения во вращающейся системе координат.
34. Уравнения движения и неразрывности в цилиндрической системе координат.
35. Геострофический ветер. Объясните, почему он перпендикулярен градиенту
давления.
36. Термический ветер, его направление относительно градиента температуры.
37. Геострофическая адвекция температуры.
38. Градиентный ветер при круговых изобарах.
39. Агеострофические отклонения ветра.
40. Параметры волн.
41. Главные типы атмосферных волн.
42. Метод малых возмущений.
43. Акустические волны.
44. Гравитационные волны.
45. Волны Россби.
46. Возникновение волн на поверхности раздела двух жидкостей.
47. Теория мелкой воды. Модель, уравнения.
48. Неустойчивость атмосферных движений. Баротропная и бароклинная
неустойчивость.
49. Проблемы отфильтровывания волн.
50. Гравитационные волны на мелкой воде.