Základy mechaniky tekutin a turbulence - NFPL174

• Anglický název: Introduction to Fluid Dynamics and Turbulence
• Zajišťuje: Katedra fyziky nízkých teplot (32-KFNT)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2020
• Semestr: zimní
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: zimní s.:2/0, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.; prof. RNDr. Ladislav Skrbek, DrSc.
• Vyučující: doc. RNDr. David Schmoranzer, Ph.D.

Anotace

čeština

Ideální kapalina- Eulerova rovnice, Kelvinův teorém, Bernoulliova rovnice. Viskózní kapalina - Navierova-Stokesova rovnice, Reynoldsovo číslo, laminární proudění - příklady, stabilita laminárního proudění, hraniční vrstva. Turbulence - základní představy (korelační funkce, Taylorova hypotéza, energetické spectrum), supratekutá turbulence. Přenos tepla v kapalině, Rayleighova - Benárdova konvekce. Experimentální technika - anemometry, PIV (particle image velocimetry) LDV (laser Doppler velocimetry).

Poslední úprava: T_KFNT (02.05.2003)

angličtina

Ideal fluid - Euler equation, Kelvin theorem, Bernoulli equation. Viscous fluid - Navier.- Stokes equation, Reynolds number, laminar flow - examples, stability of laminar flow, boundary layer. Turbulence - basic concepts (correlation functions, Taylor hypothesis, energy spectrum), superfluid turbulence. Heat transport in fluids, Rayleigh- Benárd convection. Experimental technique - anemometers, PIV (particle image velocimetry), LDV (Laser Doppler Velocimetry).

Poslední úprava: T_KFNT (02.05.2003)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Podmínkou úspěšného zakončení předmětu je složení ústní zkoušky.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2017)

angličtina

For successful completion of the course, it is required to pass an oral examination.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2017)

Literatura

Landau, L. D., & Lifshits, E. M. (1959). Fluid mechanics, by L.D. Landau and E.M. Lifshitz. London: Pergamon Press.

Pope, S. (2000). Turbulent Flows. Cambridge: Cambridge University Press. doi:10.1017/CBO9780511840531

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (13.05.2019)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Předmět je zakončen ústní zkouškou. Zkouška sestává ze tří otázek, z nichž jedna se týká proudění ideálních tekutin, druhá viskózních laminárních proudění a třetí turbulence. Jedna z otázek může být nahrazena podrobnou diskusí řešení vybrané úlohy z mechaniky tekutin s odpovídající tematikou, která je zadána nejméně týden před termínem zkoušky. Všechny otázky se budou týkat témat probíraných na přednášce.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2017)

angličtina

The course is completed by passing an oral examination consisting of three questions. Typically, the first question concerns ideal fluids, the second one viscous laminar flows and the third one is focused on turbulence. One of the questions may be replaced by a detailed discussion of the solution of a pre-determined fluid-dynamical problem with a matching topic, which is assigned at least one week before the date of the examination. All questions will be related to the topics discussed during the lectures.

Poslední úprava: Schmoranzer David, doc. RNDr., Ph.D. (11.10.2017)

Sylabus

čeština

Ideální kapalina- rovnice kontinuity, Eulerova rovnice, hydrostatika, Kelvinův teorém, Bernoulliova rovnice, potenciální proudění, nestlačitelná tekutina, gravitační vlny na povrchu tekutiny.

Viskózní kapalina - Navierova-Stokesova rovnice, Reynoldsovo číslo, laminární proudění - příklady (proudění v trubici, obtékání koule a válce, Stokesův vzorec, proudění mezi koaxiálními rotujícími válci, Taylorovy víry). Stabilita laminárního proudění - Kelvinova-Helmholtzova nestabilita. Hraniční vrstva. Povrchové jevy. Kmitavý pohyb, Strouhalovo číslo.

Turbulence - základní představy (Richardsonova kaskáda, korelační funkce, Taylorova hypotéza, energetické spektrum, energetické víry, disipace, Kolmogorovova délka), obtékání těles, Kármánova vírová cesta, krize odporu. Homogenní a izotropní turbulence a její rozpad. Turbulentní proudění v trubici. Supratekutá turbulence a její specifika.

Přenos tepla v kapalině- tepelná vodivost v nestlačitelné tekutině Rayleighova - Benárdova konvekce, Rayleighovo číslo, Nusseltovo číslo. Přenos tepla v supratekuté kapalině.

Experimentální technika - větrné tunely, anemometry, PIV (particle image velocimetry), LDV (laser Doppler velocimetry), druhý zvuk a jeho tlumení.

Poslední úprava: T_KFNT (02.05.2003)

angličtina

Ideal fluid - continuity equation, Euler equation, hydrostatics, Kelvin theorem, Bernoulli equation, potencial flow, incompressible fluids, gravity waves on the fluid free surface.

Viscous fluid - Navier-Stokes equation, Reynolds number, laminar flow - examples (pipe flow, flow past sphere and cylinder, Stokes drag formula, flow between two coaxial rotating cylinders, Taylor vortices). Stability of laminar flow - Kelvin-Helmholtz instability criterion. Boundary layer. Surface phenomena. Oscillatory motion, Strouhal number.

Turbulence - basic concepts (Richardson cascade, correlation functions, Taylor frozen hypothesis, energy spectrum, energy containing eddies, dissipation, Kolmogorov length), flow past obstacles, Kárman vortex street, drag crisis. Homogeneous and isotropic turbulence and its decay. Turbulent pipe flow. Superfluid turbulence and its special features.

Heat transport in fluids - heat conductivity in incompressible fluids, Rayleigh - Benárd convection, Rayleigh number, Nusselt number. Heat transport in superfluids.

Experimental technique - wind tunnels, anemometers, PIV (Particle Image Velocimetry), LDV (Laser Doppler Velocimetry), second sound and its attenuation.

Poslední úprava: T_KFNT (02.05.2003)