Úvod do mechaniky tekutin

Garant předmětu:

Viktor Hruška

Přednášející:

Viktor Hruška

Cvičící:

Viktor Hruška

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

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.

Požadavky:

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

Osnova přednášek:

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

Osnova cvičení:

Cvičení kopíruje témata přednášek.

Cíle studia:

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.).

Studijní materiály:

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.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt
Pá	místnost T2:B2-48 Hruška V. 09:15–10:00 (přednášková par. 1) Dejvice Konzultačnímístnost T2:B2-48 Hruška V. 10:00–10:45 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Konzultační

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: