Sylabus

Aerodynamika
5.ročník, rozsah 30 hodin (2 hodiny týdně v zimním semestru), vyučující: doc.V.Uruba
Předmět je zaměřen na studium chování proudících tekutin s aplikacemi v technické
praxi s důrazem na proudění vzduchu.
V úvodu je ukázána úloha vazkosti v dynamice tekutin, zejména při vzniku
smykových oblastí. Jsou odvozeny základní rovnice dynamiky tekutin (kontinuity, NavierStokesovy) a jsou analyzovány jejich vlastnosti.
Je definována turbulence a podány příklady turbulentních proudů. Je ukázána úloha
Reynoldsova čísla. Je vysvětlena souvislost turbulence a deterministického chaosu. Jsou
odvozeny rovnice turbulentního proudění (Reynoldsovy), z nich jsou odvozeny další rovnice
bilance. Jsou zavedeny statistické nástroje pro analýzu turbulentního proudění (středování,
statistické momenty, korelace, spektra).
Je podán přehled fyzikálních mechanismů vzniku turbulence, počínaje teorií stability
až po možné scénáře přechodu proudění do turbulence. Mechanismus přechodu do turbulence
je vysvětlen na příkladu vývoje mezní vrstvy. Je podána teorie lineární stability proudění
(Square, Orr-Sommerfeld) a nevazká analýza stability (Rayleigh, Fjortoft). Dále jsou ukázány
další případy nestability proudění (Poiseuille, Couette, Taylor, Goetler, Kelvin-Helmholz).
Dále jsou představeny scénáře přechodu smykového proudění do turbulence (přirozený a
zkrácený přechod).
Dále je popisováno vyvinuté turbulentní proudění. Je uveden statistický popis
(Kolmogorovovův model) i popis deterministický (koherentní struktury). Jsou ukázány
mechanismy samoudržování turbulence. Dále je věnována pozornost fenomenologii
turbulence se zaměřením na chování vírových struktur (Biot-Savartův zákon, Kelvinovy věty,
prostorová nelineární interakce). Je proveden přehled možností matematického modelování
turbulentních proudů, jsou nastíněna omezení a přednosti jednotlivých metod.
Další část je věnována analýze turbulentních smykových proudů: mezní vrstva
paprsky, proudění v kanále, úplav. Proudění v kanále je probíráno podrobněji, zejména vývoj
proudění, sekundární proudění v kanálech a otázky energetických ztrát. Pozornost je také
věnována obtékání těles (špatně obtékaná a proudnicová tělesa). Je probíráno silové působení
na tělesa a stručná teorie křídla. Je podán přehled metod používaných pro analýzu
turbulentních proudů a speciálních technik zpracování dat (metody analýzy dynamických
systémů, POD, waveletová transformace, fraktály, metody identifikace koherentních struktur).
Literatura:
Achelson, D.J., 1990, Elementary Fluid Dynamics, Cambridge University Press.
Brdička, M., Samek, L., Sopko, B., 2000, Mechanika kontinua, Academia.
Citavý, J., Nožička, J., 2004, Proudění vazkých tekutin - Tenké smykové vrstvy, skriptum
ČVUT v Praze, Fakulta strojní.
Davidson, L., 2003, An Introduction to Turbulence Models, CHALMERS UNIVERSITY OF
TECHNOLOGY, Goteborg, Sweden
Hinze, J.O., 1975, Turbulence, McGraw-Hill, New York
Pope, S.B., 2000, Turbulent flows, Cambridge University Press
Schlichting, H., Gersten, K., 2000, Boundary Layer Theory, Springer-Verlag, Berlin,
Heildelberg.
Tennekes, H., Lumley, J.L., 1972, A first course in turbulence, The MIT Press, CambridgeMassachusetts
Uruba, V., 2005, Náhoda v exaktní vědě, Essentia, http://www.essentia.cz
Uruba, V., 2006, Pořádek, nepořádek, chaos a turbulence, Essentia, http://www.essentia.cz
Uruba, V., 2006, Metody analýzy signálů při studiu nestacionárních jevů v proudících
tekutinách, habilitační práce, ČVUT
Uruba, V., 2009, Turbulence, skriptum ČVUT v Praze, Fakulta strojní.