Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Магистерская программа кафедры газовой динамики, горения и теплообмена

"АЭРОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ТЕПЛООБМЕНА"

Программа разработана кафедрой "Газовая динамика, горение и теплообмен" (базовое предприятие ГНЦ ЦИАМ им. П.И. Баранова) в соответствии с магистерской программой 0103049 "Аэродинамика и теплообмен ЛА"

1. Газовая динамика.

Уравнения течения идеального газа в форме интегральных законов сохранения. Дифференциальная форма уравнений течения. Сильные разрывы и их классификация. Ударная адиабата и теорема Цемплена. Одномерные нестационарные течения с плоскими, цилиндрическими и сферическими волнами. Интегралы энтропии и поперечной скорости (момента поперечной скорости в осесимметричном случае). Уравнения характеристик и условия совместности. Метод характеристик и решение им типичных задач. Изэнтопические течения с плоскими волнами и их инварианты. Простые волны. Задача о выдвижении поршня с конечным бесконечным ускорением. Максимальная скорость при немтационарном истечении. Условия возникновения скачка. Автомодельная задача о поршне. Рапад произвольного разрыва. Сильный точечный взрыв. Эволюционные и неэволюционные разрывы. Стационарные течения. Интегралы энтропии и полной энтальпии. Плотность тока. Элементарная теория течения в соплах и диффузорах. Плоские и осесимметричные стационарные течения, их интегралы, функция тока и характеристики. Решение задачи о профилировании сопла Лаваля методом характеристик. Плоское потенциальное течение и его инварианты. Плоскость годографа. Течение Прандтля-Майера. Предельный угол разворота сверхзвукового потока. Ударная поляра. Скачки слабого и сильного семейства. Обтекание клина и кругового конуса. Взаимодействие поверхностей разрыва. Регулярное и нерегулярное (Маховское) отражение. Нерасчетное истечение сверхзвуковой струи из сопла. Уравнения Чаплыгина и постановка задачи о газовых струях. Законы подобия для дозвуковых, сверхзвуковых и околозвуковых течений. Правило гиперзвуковой стабилизация.

2. Физическая газовая динамика.

Динамика релаксирующего газа. Возбуждение степеней свободы, диссоциация, ионизация. Химические реакции. Времена релаксации. Равновесные и неравновесные течения. Общая система уравнений. Предельные случаи равновесных и замороженных течений. Модель идеально диссоциирющего двухатомного газа Лайтхилла-Фримена. Распространение слабых возмущений в релаксирующем газе. Дисперсия и затухание возмущений. "Замороженная" скорость звука. Ударные волны в релаксирующем газе. Уравнение характеристик. Течение релаксирующего газа в соплах, изменение параметров по длине сопла. Качественный анализ процессов в газодинамическом лазере. Двухфазные течения. Общая система уравнений. Предельные случаи сильного и слабого взаимодействия фаз. Поверхности разрывы в двухфазных течениях. Распространение слабых возмущений. Примеры течений двухфазных течений в соплах. Течения с твердыми частицами. Течения излучающего газа. Характеристики поля излучения, равновесное излучение. Закон смещения Вина. Излучение абсолютно черного тела. Уравнение переноса излучения, закон Киргофа. Интегродифференциальные уравнения движения излучающего газа. Диффузионное приближение. Теплообмен излучением. Излучение оптически прозрачных сред. Распространение сильных и слабых возмущений. Ударные волны в излучающем газе.

3. Уравнения вязкой жидкости и теория пограничного слоя.

Интегральные законы сохранения импульса и массы. Связь между тензором вязких напряжений и тензором скоростей деформации, возможные законы реологии, закон Ньютона. Уравнения Навье -Стокса. Предельный случай больших чисел Рейнольдса. Точные решения уравнений Навье-Стокса для течения между двух плоских стенок, между вращающимися цилиндрами. Уравнения пограничного слоя, автомодельное решение Блазиуса и Фолкнера - Скэн. Интегральное уравнение Кармана. Коэффициент трения на стенке зависимость от числа Рейнольдса. Приближенные методы решения. Нестационарный пограничный слой. Теория отрывных течений. Вязко-невязкое взаимодействие, использование интеграла Коши. Переход от ламинарного к турбулентному режиму течения. Особенности турбулентного пограничного слоя.

4. Теория турбулентности.

Осреднение, спектральные, корреляционные функции, распределение вероятностей, характерные масштабы. Турбулентная диффузия Тэйлора. Корреляционные тензоры в изотропном векторном поле. Уравнение Кармана Хоуарта, инвариант Лойцянского, вырождение турбулентности при малых числах Рейнольдса. Скорость диссипации, каскадный перенос энергии по спектру, гипотезы Колмогорова, вырождение турбулентности при больших числах Рейнольдса. Спектр и корреляция в инерционном интервале. Полуэмпирические модели турбулентного переноса, турбулентная вязкость, теория "пути смешения" Прандтля. Уравнения для переноса тензора напряжений трения Рейнольдса. Структура плоского однородного потока со сдвигом, роль пульсации давления. Уравнение для кинетической энергии турбулентности, для масштаба и уравнение Коважного для турбулентной вязкости. Диффузия турбулентности. Пристеночные течения, универсальный закон "стенки", автомодельные течения в струях и следах, эжекция в турбулентную жидкость. Термоанемометр и лазерный допплеровский анемометр. Двухфазные турбулентные течения, влияние инерционности частиц на их пульсационную скорость, теорема Чена. Линейная теория устойчивости, уравнения Релея и Орра-Зоммерфельда.

5. Теплообмен.

Авиационный двигатель - тепловая машина. Связь между КПД и основными термодинамическими параметрами. Циклы Карно и Брайтона в воздушно-реактивном двигателе. Задача об охлаждении. Закон Фурье, коэффициент теплопередачи, уравнение теплопроводности. Уравнение энергии. Уравнение переноса тепла, число Прандтля, критерий Нуссельта. Роль вязкой диссипации при вариации числа Рейнольдса. Течения Пуазейля. Куэтта. Температурный пограничный слой, аналогия Рейнольдса, задача о термометре и об охлаждении стенки. Свободная конвекция возле вертикальной стенки, числа Рэлея и Грасгофа . Число Нуссельта при обтекании цилиндра. Перенос тепла в турбулентном пограничном слое. Заградительное охлаждение поверхностей. Лучистый теплообмен.

6. Химическая кинетика и теория горения.

Схемы камер сгорания различных двигателей. Химический состав и свойства топлив. Хладоресурс и деструкция топлив. Расчет температуры горения и состава продуктов сгорания. Способы распыливания жидких топлив. Критерий Вебера. Основы химической кинетики. Классификация химических реакций. Закон действующих масс. Константы скоростей реакций. Энергия активации, порядок реакции. Скорость неизотермической адиабатической реакции. Цепная неразветвленная реакция. Цепные реакции. Кинетика окисления водорода. Теория теплового взрыва. Распространение пламени в однородной топливо-воздушной смеси. Теория нормального распространения пламени, методы определения скорости нормального горения. Концентрационные пределы распространения пламени. Распространение пламени в турбулентном потоке. Влияние параметров среды на турбулентную скорость пламени. Стабилизация пламени в ламинарном и турбулентном потоках однородной смеси за плохообтекаемым телом. Критерии стабилизации. Гомогенный реактор. Горение в сверхзвуковом потоке. Детонационное горение, детонация Чепмена-Жуге. Косой скачок уплотнения с подводом тепла. Диффузионное горение газов. Структура факела горения, фронтальная модель горения. Понятие о приведенной концентрации (концентрации пассивной примеси). Задача Бурке-Шумана. Теория тонкого фронта пламени, уравнение для концентраций реагирующих компонент при конечной скорости химических реакций. Скаларная диссипация как параметр, характеризующий нагрузку на диффузионный фронт. Предел горения. Самовоспламенеие диффузионного факела в потоке окислителя. Теория горения неподвижной и движущейся капли топлива. Рапоространеие пламени в топливном аэрозоле. Горение идеализированного твердого топлива (кинетическая и диффузионная области). Горение металлов. Экологические проблемы горения, образование вредных веществ (NOx, CO, углеводороды, сажа). Схемы малотоксичных камер сгорания.

7. Численные методы и моделирование.

Интегральные законы сохранения для течений вязкого теплопроводного газа. Дивергентная форма уравнений Навье-Стокса. Различные формы записи уравнения энергии. Уравнения движения несжимаемой вязкой жидкости, определение давления по известному полю скорости. Уравнения в переменных функция тока - завихренность. Граничные условия на стенке для завихренности. Задача о каверне. Уравнение для завихренности в трехмерном случае. Упрощенная (усеченная) система уравнений Навье-Стокса. Анализ корректности задачи Коши с начальными данными. Область применения параболизованных уравнений Навье-Стокса для течений сжимаемого вязкого газа. Конечно-разностные схемы для линейного модельного уравнения переноса. Исследование устойчивости разностных схем. Условия устойчивости Неймана, Куранта-Фридрихса-Леви. Монотонность разностных схем. Основные схемы Лакса, Лакса-Вендрофа, схема Рихтмайера, Мак-Кормака. Критерий монотонности и однородности. Диссипация и дисперсия разностных схем. Построение монотонной схемы повышенного порядка аппроксимации. Принцип минимальных производных. Исследование устойчивости и монотонности неоднородной схемы. Понятие об обобщенном решении на примере квазилинейного уравнения переноса.

8. Теория воздушно-реактивного двигателя.

Схемы ВРД, типовая схема ТРДДФ, основные параметры, управление. Основы энергетики газовых потоков. Термодинамика политропических процессов. Т-S диаграммы, влияние трения и теплопередачи. Идеальные циклы, цикл Брайтона . Оптимизация параметров, регенерация, промежуточное охлаждение и нагрев. Деформация идеального цикла, удельные параметры, оптимизация реального цикла. Использование газодинамических функций. Вывод уравнения тяги двигателя, потери, мемто приложения. Типовой расчет ТРД в заданных условиях - цикл - тепловой баланс. Влияние числа Маха и высоты полета, роль температуры газа перед турбиной, охлаждение турбины. Влияние степени двухконтурности. Согласование работы компрессора и турбины. Входные и выходные устройства двигателя. Роль потерь в лопаточных машинах, методы их снижения.

9. Экспериментальные методы.

Особенности измерений в ВРД. Типичные установки для испытания двигателей. Приборы для измерения полного и статического давления, насадки для измерения направления скорости. Метод Теплера, теневой метод визуализации потоков. Голографическая интерферометрия. Термопары, влияние излучения на точность измерения. Оптические и спектральные методы измерения температуры. Термокраски. Лазерный доплеровский измеритель скорости. Измерение концентрации пассивной примеси. Метол КАРС, метод лазерной индуцированной флюоресценции. Аналоговые и цифровые методы обработки случайных процессов. Аналоговые и цифровые приборы для измерения спектров, корреляций и распределения вероятностей. Ошибка измерения среднего значения и дисперсии случайного сигнала из-за конечности времени осреднения. Частота дискретизации и шаг квантования при аналого-цифровом преобразовании. Быстрое преобразование Фурье. Термоанемометр, уравнения динамики теплового элемента, передаточная функция, измерение турбулентности. Измерение шума авиационных двигателей, приборы и стенды, единицы (EPNL db) измерения. Нормы на допустимый шум. Особенности измерений при горении, хроматограф, молекулярные "сита", разбавление гелием, каторометр. Плазменно-ионизационный детектор CnHm. Хемилюминисцентный метод для измерения NO. Требования к отборнику. Инфракрасная и радио заметность самолета. Основы радиолокации, ЭПР. Источники ИК излучения. Методы измерения. Особенности камер сгорания современных паровых и газотурбинных электростанций, горение бедных перемешанных смесей, автоколебания, методы измерений. Каталитическая очистка выхлопных газов.

ЛИТЕРАТУРА

Черный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988 г. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986 г. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973 г. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. М.: Мир, 1991г. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Наука, 1977 г. Годунов С.К., Рябенький В.С. Разностные схемы. М.: Наука, 1977 г. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Механика турбулентности. М.: Наука, 1965 и 1967 гг. ХинцеИ.0. Турбулентность Физматгиз, М.,"Наука", 1963. Бэтчелор Дж. Теория однородной турбулентности. И.Л.,М., 1955. Зельдович Я.Б. и др. Математическая теория горения. М.: Наука, 1975г. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967г. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Физматгиз, 1966 г. Соу С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1971 г. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974 г. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974 г. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1980 г.
Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика