Hoppa till huvudinnehållet

FSG3131 Kinetisk gasteori 7,0 hp

This course is aimed for postgraduate students with their focus on fluid mechanics. The course is an introduction to the kinetic theory of gases. The continuum mechanical equations of fluid dynamics are derived from a kinetic theory approach where the gas is considered a large system of discrete particles, the molecules. The equations of fluid dynamics are shown to result in the continuum limit, but the kinetic theory of gases applies also for micro and nano flows and for rarefied gases. Some basic problems of fluid mechanics are considered in cases when ordinary continuum theory of the gas does not apply.

Om kursomgång

Gäller för kursomgång

HT 2021 Start 2021-11-01 programstuderande

Målgrupp

Ingen information tillagd

Del av program

Ingen information tillagd

Perioder

P2 (7,0 hp)

Varaktighet

2021-11-01

2022-01-17

Studietakt

33%

Undervisningsform

Normal Dagtid

Undervisningsspråk

Engelska

Studielokalisering

KTH Campus

Antal platser

Ingen platsbegränsning

Planerade schemamoduler

Ingen information tillagd

Kursval

Gäller för kursomgång

HT 2021 Start 2021-11-01 programstuderande

Anmälningskod

51397

Kontakt

Gäller för kursomgång

HT 2021 Start 2021-11-01 programstuderande

Kontaktperson

Anders Dahlkild

Examinator

Ingen information tillagd

Kursansvarig

Ingen information tillagd

Lärare

Ingen information tillagd
Rubriker med innehåll från kursplan FSG3131 (VT 2019–) är markerade med en asterisk ( )

Innehåll och lärandemål

Kursinnehåll

Efter att ha genomgått denna kurs skall studenten kunna:

  • Ge den kinetiska definitionen på makroskopiska egenskaper/variabler i en gas.
  • Ange under vilka begränsade omständigheter en strömning kan beskrivas med utgångspunkt i kontinuumapproximationen.
  • Beskriva begreppen kollisionstvärsnitt och fri medelväglängd i en gas och härleda ett uttryck för den fria medelväglängden.
  • Använda konceptet med fri medelväglängd för att härleda ett approximativt samband för viskositet och värmeledningsförmåga i en gas uttryckt i kinetiska variabler.
  • Skriva ned Boltzmannekvationen och göra en fysikalisk tolkning av de olika ingående termerna.
  • Skriva ned Maxwells fördelning och ange när den är giltig.
  • Ge exempel på några typiska kinetiska effekter som inte kan beskrivas med Navier-Stokes ekvationer.
  • Ge huvudprinciperna för en direktsimulering med Monte-Carlometoden (DSMC).
  • Översiktligt beskriva Chapman-Enskogs metod för att härleda Navier-Stokes ekvtioner från Boltzmann-ekvationen vid små Knudsental, speciellt hur viskositet och värmeledingsförmåga kan erhållas från molekylära interaktioner.

Lärandemål

Studenten kommer att kunna beskriva sambanden mellan de kontinuummekaniska Navier-Stokes ekvationer för en gas och den kinetiska gasteorins beskrivning av en gas i termodynamisk icke-jämvikt. Studenten kommer också att kunna beskriva några typiska effekter för gaser vid Knudsental av storleksordningen ett eller större, som är ett parameterområde där Navier-Stokes ekvationen inte gäller.

Kursupplägg

Omkring 10 timmars föreläsningar.

Projektarbete i grupper om 2 studenter.

Seminarier med projektpresentationer med 2 studenter per 45 minuter.

Kurslitteratur och förberedelser

Särskild behörighet

Antagen till doktorsprogram

Rekommenderade förkunskaper

En avancerad kurs i strömningsmekanik på masternivå rekommenderas.

Utrustning

Ingen information tillagd

Kurslitteratur

Course literature

Gombosi, T.I.

Gaskinetic Theory, Cambridge University Press, 1994

Dahlkild, A.A. and Söderholm, L.H.

Lecture notes in kinetic gas theory, 2011

Examination och slutförande

När kurs inte längre ges har student möjlighet att examineras under ytterligare två läsår.

Betygsskala

P, F

Examination

  • INL1 - Inlämningsuppgift, 1,0 hp, betygsskala: P, F
  • PRO1 - Projektarbete, 3,0 hp, betygsskala: P, F
  • TEN1 - Muntlig tentamen, 3,0 hp, betygsskala: P, F
Examinator beslutar, baserat på rekommendation från KTH:s samordnare för funktionsnedsättning, om eventuell anpassad examination för studenter med dokumenterad, varaktig funktionsnedsättning.

Examinator får medge annan examinationsform vid omexamination av enstaka studenter.

INL1 Inlämningsuppgift 1,0 hp (P, F)

PRO1 Projektarbete 3,0 ho (P, F)

TEN1 Muntlig tentamen 3,0 hp P, F

Lists of typical questions at examination are available for the oral exam.

Övriga krav för slutbetyg

Följande måste vara godkänt för att få slutbetyg i kursen:

  • Projektarbete och en 4-sidig rapport om en genomförd DSMC-simulering.
  • Muntlig tentamen om kinetisk gasteori

Möjlighet till komplettering

Ingen information tillagd

Möjlighet till plussning

Ingen information tillagd

Examinator

Etiskt förhållningssätt

  • Vid grupparbete har alla i gruppen ansvar för gruppens arbete.
  • Vid examination ska varje student ärligt redovisa hjälp som erhållits och källor som använts.
  • Vid muntlig examination ska varje student kunna redogöra för hela uppgiften och hela lösningen.

Ytterligare information

Kurswebb

Ytterligare information om kursen kan hittas på kurswebben via länken nedan. Information på kurswebben kommer framöver flyttas till denna sida.

Kurswebb FSG3131

Ges av

Huvudområde

Denna kurs tillhör inget huvudområde.

Utbildningsnivå

Forskarnivå

Påbyggnad

Ingen information tillagd

Kontaktperson

Anders Dahlkild

Forskarkurs

Forskarkurser på SCI/Mekanik