Física (plan 2002) 2024-1

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 y 2D, 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 estelares. Es muy deseable que los alumnos tengan experiencia básica con algún lenguaje de programación (se sugiere Python, Fortran o C/C++, aunque otros como Julia o Rust son también aceptables).

Profesores: Juan Claudio Toledo y Ary Rodríguez (Instituto de Ciencias Nucleares). Ayudante: Lizeth Benerice Varhas Morán.

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

Evaluación: Tareas y Actividades 60%, Proyecto Final 30%, Participación en clase 10%

Horario TENTATIVO (a definirse con los estudiantes): Lunes y Miércoles, de 12:00 a 13:30

Interesados favor de llenar el siguiente cuestionario: https://forms.gle/1JnqnEZrD8vZc8767

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

Temario del curso

Unidad 1: Conceptos básicos de dinámica de fluidos

+ El concepto de medio continuo
+ Descripciones Euleriana y Lagrangiana de los 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
+ Métodos avanzados: extensión a 2D y 3D, métodos de alto orden, mallas adaptivas, etc.

Unidad 3: Ondas de choque

+ Ondas de sonido y ondas de choque
+ Ondas de choques en las ecs. de Euler
+ Condiciones de Rankine-Hugoniot
+ Límites adiabático e isotérmico

Unidad 4: Dinámica de fluidos en astrofísica

+ El medio interestelar
+ Burbujas interestelares
+ Remanente de supernova
+ Chorros astrofísicos
+ Vientos estelares

Unidad 5: Aplicación de códigos numéricos a problemas astrofísicos (proyecto final)

+ Proyecto: simulación hidrodinámica de un problema astrofísico
+ Presentación de resultados