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:

Использование средств компьютерного моделирования в курсах механики жидкости и газа

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие
Введение
Раздел   1.   Методика   преподавания   механики   жидкости   и   газа с помощью средств компьютерного моделирования
Глава 1. Принципы преподавания
§ 1. Обучение механике жидкости и газа с использованием новых технических возможностей
§ 2. Вычислительные аспекты методики
§ 3. Обучение навыкам пользователей прикладных пакетов
Глава 2. Внедрение средств компьютерного моделирования МЖГ в учебный процесс
§ 1. Методика подачи материала
§ 2. Методика постановки задач и оценки их выполнения студентами
§ 3. Постановка задачи студентам
Раздел 2. Решение учебных задач на базе пакета Flow Vision
Глава 1. Особенности моделирования в пакете Flow Vision и типичная последовательность проведения занятий
§ 1. Пользовательский интерфейс Flow Vision
§ 2. Создание геометрии задачи
§ 3. Ввод параметров препроцессора
§ 4. Предварительный запуск расчетов
§ 5. Постпроцессор. Слои визуализации
§ 6. Обобщение полученных результатов
Глава 2. Плоское течение между двумя плоскостями как пример задачи для освоения программного пакета
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Моделирование с помощью Flow Vision
§ 3. Интерпретация результатов
§ 4. Контрольные вопросы
Глава      3.      Обтекание      идеальной      несжимаемой      жидкостью плоской пластины и эллиптического цилиндра
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Моделирование с помощью Flow Vision
§ 3. Интерпретация результатов
§ 4. Контрольные вопросы
Глава   4.    Обтекание    круглого   цилиндра   вязкой    несжимаемой жидкостью
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Моделирование с помощью Flow Vision
§ 3. Интерпретация результатов
§ 4. Контрольные вопросы
Глава    5.    Течения    несжимаемой    жидкости    в   расширяющихся и сужающихся каналах
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Моделирование с помощью Flow Vision
§ 3. Интерпретация результатов
§ 4. Контрольные вопросы
Раздел 3. Решение учебных задач на базе пакета Gas Dynamics Tool
Глава 1. Особенности моделирования в Gas Dynamics Tool
§ 1. Выбор параметров пакета
§ 2. Визуализация с помощью постпроцессора
§ 3. Проведение расчетов
Глава 2. Удар
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Моделирование с помощью Gas Dynamics Tool
§ 3. Интерпретация результатов
Глава 3. Истечение из сопла
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Основные понятия и соотношения
§ 3. Задание начальных и граничных условий для GDT
§ 4. Задание параметров расчета
§ 5. Представление результатов и сопоставление результатов расчета
§ 6. Рекомендации
Глава 4. Сверхзвуковой диффузор
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Основные понятия и соотношения для расчета потерь полного давления в ударной волне
§ 3. Параметры моделирования многоскачкового диффузора
§ 4. Параметры моделирования прямого (односкачкового) диффузора
§ 5. Интерпретация результатов
Глава 5. Течения с подводом тепла и детонация
§ 1. Постановка задачи
§ 2. Основные понятия и соотношения
§ 3. Оценки параметров и диаграммное представление
§ 4. Задание начальных, граничных условий и параметров расчета
§ 5. Представление результатов
Заключение
Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая вашему вниманию технология образования в кур­сах механики жидкости и газа дополняет существующую систему об­разования, основанную на лекциях, демонстрациях, практических и лабораторных занятиях.


Использование прикладных программных пакетов (ППП) в кур­сах механики жидкости и газа (МЖГ) рассматривается как часть об­щей концепции применения компьютерных технологий в образова­тельном процессе, в соответствии с которой особенности программ­ных пакетов и заложенные в них алгоритмы должны занимать мини­мальную часть учебного времени; упор делается на применение ком­пьютера для улучшения форм и расширения содержания основного материала занятий по естественно-научным дисциплинам.


Предлагаемые учебные версии ППП Flow Vision и Gas Dynam­ics Tool в совокупности удовлетворяют основным требованиям, кото­рые необходимы для эффективного использования компьютерного моделирования в курсах МЖГ. Вместе они охватывают основные раз­делы МЖГ, имеют удобные пользовательские интерфейсы и ряд пре­имуществ, которые дополняют друг друга.


Разработка проводится в соответствии с планом Головного Со­вета Минобразования и науки РФ по Межвузовской комплексной программе «Наукоемкие технологии образования» (МКП НТО), пред­седатель Совета профессор М.М.Благовещенская.


Авторы благодарят за помощь при выполнении работы А.А.Аксенова, С.А.Бобкова, В.А.Волкова, Г.В.Ганина, А.В.Зибарова, В.И.Кондаурова, С.С.Негодяева, М.В.Рыжакова, С.В.Утюжникова.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Развитие компьютерных технологий сделало возможным ис­пользование программных пакетов в образовательном процессе как средство эффективного изучения различных дисциплин. Большинство интересных физических процессов столь сложно, что очень редко удается создавать их универсальную теорию, действующую во все времена и на всех участках рассматриваемого процесса. Тем не менее теория очень важна, т.к. дает качественные закономерности и точный ответ на многие вопросы. Фактически только теория и эксперимент могут служить мерилом правильности численного моделирования. 

 
Численное моделирование сопровождает все сложные экспери­менты, воспроизводящие аэро- и гидродинамические процессы. Со­вершенно очевидно, что преподавать механику жидкости и газа (МЖГ), не используя современные средства моделирования и визуа­лизации, нельзя. В то же время авторам представляется неразумным преподавать вместо курса МЖГ курс по использованию прикладных программных пакетов (ППП) по МЖГ. Необходимо разрабатывать новую образовательную технологию, которая позволит изучать слож­ные гидро- и аэродинамические процессы с использованием экспери­мента, теории и численного моделирования.


Представленная в пособии технология подачи материала позво­лит лучше понять ведущие факторы, которые в тот или иной отрезок времени определяют процесс, т.е. разобраться в теории по данному вопросу, выбрать нужную математическую модель изучаемого про­цесса, в рамках компьютерного моделирования задать граничные и начальные условия и проводить расчеты с возможностью визуализа­ции изучаемого процесса.

Цель

Цель работы —- новая образовательная технология в механике жидкости и газа, позволяющая повысить эффективность усвоения студентами сложного теоретического материала за счет использова­ния ППП, продемонстрировать обучающемуся в максимально нагляд­ном виде (в установленных и обоснованных границах применимости) сложные физические явления.


Особенностью изучения рассматриваемой предметной области является необходимость обязательного сочетания общетеоретических курсов по различным разделам МЖГ с экспериментальным освоением обучающимся явлений и процессов, с которыми приходится встре­чаться в различных задачах МЖГ (гидравлика, течение многофазных потоков и смешение потоков в технологических задачах, взаимодей­ствие ламинарных и турбулентных течений, огромное число задач гидро- и аэродинамики, связанных с судостроением, авиацией, ракет­но-космической техникой, науками о Земле и т.п.). Практически все из перечисленных задач механики сплошной среды связаны с необхо­димостью учета таких факторов, как трехмерная геометрия, неста­ционарность, эффекты реальной жидкости (газа), проявляющиеся при повышении скорости течения среды, турбулентность, многофазность, химические реакции и др.

Новизна

Предлагаемая образовательная технология, основанная на ис­пользовании информационных возможностей ППП Flow Vision и Gas Dynamics Tool в сочетании с разработанной методикой, является но­вой и не имеет аналогов в вузовской учебной практике. В связи со сложностью исследуемых процессов и явлений с точки зрения усвое­ния изучаемого материала крайне важное значение приобретает пред­ставление получаемых результатов. Предлагаемые к использованию ППП Flow Vision и Gas Dynamics Tool в полной мере реализуют ши­рокий спектр компьютерной визуализации: от трехмерных графиче­ских изображений до мультимедийных представлений.


Методика преподавания, изложенная в данном пособии (раздел 1), позволяет существенно повысить эффективность усвоения различ­ных разделов изучаемой предметной области, в том числе соответст­вующих разделов из курса общей физики, за счет использования со­временных средств прикладной информатики.

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