Física (plan 2002) 2022-2

Optativas, Temas Selectos de Física Computacional I

Dinámica de Fluidos Computacional en Astrofísica

Temas Selectos de Física Computacional I

Curso de introducción a la dinámica de fluidos computacional con un enfoque a aplicaciones astrofísicas. Se hará una introducción auto-contenida a los conceptos físicos de la teoría de la dinámica de fluidos y de los métodos numéricos para resolverla en la computadora. Los alumnos desarrollarán código para resolver la hidrodinámica en 1D, comparando los resultados obtenidos mediante distintas técnicas numéricas. También aprenderán visualización de datos hidrodinámicos, incluyendo casos multidimensionales. Se revisarán aplicaciones de la dinámica de fluidos computacional a problemas astrofísicos en el medio interestelar, incluyendo choques, explosiones remanentes de supernova, burbujas y vientos.

Es recomendable que los alumnos tengan experiencia básica con algún lenguaje o entorno de programación (se sugiere Python, C/C++, Fortran o Java, o también Matlab o Mathematica).

Profesores: Juan Claudio Toledo y Ary Rodríguez (Instituto de Ciencias Nucleares)

El curso se impartirá de forma VIRTUAL (via Zoom) en dos clases de 1.5 horas cada una (3 horas a la semana).

Horario propuesto (a definirse con los estudiantes): Lunes y Miércoles 4:30pm - 6:00pm

Interesados favor de llenar el siguiente cuestionario: https://forms.gle/c2n9dTzjpjyqQqBi6

Para mayores informes, escribir a: juan.toledo@correo.nucleares.unam.mx o ary@correo.nucleares.unam.mx

Unidad 1: Conceptos básicos de dinámica de fluidos
+ El concepto de “medio continuo”
+ Descripciones Euleriana y Lagrangiana de fluidos
+ Las ecuaciones de Euler
+ Viscosidad y ecuaciones de Navier-Stokes
+ Linealización de las ecuaciones de Euler

Unidad 2: Solución numérica a las ecuaciones de dinámica de fluidos
+ Paradigmas de discretización: diferencias finitas y volúmenes finitos
+ La ecuación de advección 1D como ecuación modelo
+ Estabilidad de Von Neumann y el criterio de Courant
+ El esquema de Lax-Friedrichs
+ El esquema de Macormack
+ Solución al problema de Riemann 1D para ecuaciones de Euler
+ Extensión a 2D y 3D

Unidad 3: Ondas de choque
+ Ondas de sonido en medios uniformes
+ Ondas de choques en medios uniformes
+ Condiciones de Rankine-Hugoniot para choques adiabáticos e isotérmicos
+ Ondas de choque en astrofísica

Unidad 4: Aplicaciones a dinámica de fluidos en el medio interestelar
+ Evolución de una burbuja interestelar
+ Evolución de un remanente de supernova
+ Vientos estelares

Unidad 5: Aplicación de códigos numéricos a problemas astrofísicos (proyecto final)
+ Proyecto: simulación hidrodinámica de un problema astrofísico
+ Visualización y análisis de resultados