Kursplan för Beräkningsmetoder för kontinuumfysik

Kursplan fastställd 2023-02-09 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnComputational continuum physics
  • KurskodTIF330
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPPHS
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeTeknisk fysik
  • InstitutionFYSIK
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 85154
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0119 Projekt 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Grundläggande fysik och matematik, programmering och numerisk analys.

Syfte

Syftet med kursen är att ge en översikt över beräkningsmetoder för att beskriva egenskaper och dynamik för kontinuerliga system, exempelvis vätskor och gaser, elektromagnetiska fält och plasmor. I kursen kommer också metoder för hur dessa system kan behandlas att exemplifieras, något som är av stor vikt för ett brett spektrum av tillämpningar. Kursen kommer även att ge en grund för avancerade metoder inom beräkningsfysik, med tillämpningar på ett stort antal problem inom grundläggande och tillämpad forskning och utveckling. I kursen tränas att använda Python, C och delar av C++ för att lösa ovan nämnda problem.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

· Förklara och använda finita differensmetoder (FDM) för diskretisering av partiella differentialekvationer · Bedöma krav på steglängd, noggrannhetsordning, stabilitetsvillkor, samt identifiera och hantera numeriska artefakter, såsom numerisk dispersion och brott mot konserveringslagar · Analysera, konstruera och använda FDM för att lösa evolutionära och stationära problem inom kontinuumfysik · Förklara och använda finit-integraltekniker för diskontinuerliga system, såsom de som tillåter chockvågor · Förklara och använda tidsstegsdelningstekniken samt begreppen spektralmetoder, inklusive Ritzmetoden, Galerkinmetoden, Fourierbaserade metoder och finita elementmetoder · Förstå och hantera avancerade beräkningskoncept för multifysikproblem inom plasma-, kvant- och kärnfysik · Kunna planera och genomföra numeriska studier, inklusive utveckling och validering av beräkningsmetoder i Python/C/C++

Innehåll

· Finita differens-tekniken och relaterade tekniker.
· Spektrala och sammansatta metoder.
· Lösning av stora system av linjära ekvationer (direkta metoder, iterativa metoder, fall av egenvärdesproblem), lösa icke-linjära ekvationer inom området för multifysik, tidsberoende problem (operatoruppdelningsmetoder, integrerade tillvägagångssätt).
· Övning i att använda Python, C och delar av  C++ som programmerings-verktyg.

Organisation

Grundläggande teori och metoder täcks av en serie föreläsningar. Studenterna tränas i att tillämpa teori och metoder via övnings- och inlämningsuppgifter. En viktig del som är genomgående i kursen är praktiska övningar av beräkningsmetoder via en given uppsättning problem inom projekt. Projekten redovisas i en skriven rapport. Projekten genomförs normalt sett i grupper om två.

Litteratur

Allt kursinnehåll täcks av föreläsningsanteckningar som delas ut till studenterna. Följande litteratur kan vara till hjälp för ytterligare läsning.

Programmering::

  • Introduction to Numerical Programming, A Practical Guide for Scientists and Engineers Using Python and C/C++, Titus Adrian Beu
  • A Primer on Scientific Programming with Python by Langtangen, Hans Petter
  • The C Programming Language, by Brian W. Kernighan and Dennis M. Ritchie
  • C++ Primer by Stanley B. Lippman  (Author), Josée Lajoie  (Author), Barbara E. Moo

Finita differens metoder:

  • Computational physics, Richard Fitzpatrick
  • Computational Physics, Mark Newman

Spektrala metoder:

  • Spectral methods and their applications, Guo Ben-Yu
  • Chebyshev and Fourier Spectral Methods, John P. Boyd

Avancerade metoder för kontinuumsystem:

  • Computational physics, J. M. Thijssen
  • Plasma Physics via computer simulation, C. K. Birdsall, A. B. Langdon
  • Computational physics, Richard Fitzpatrick

Examination inklusive obligatoriska moment

Examinationen består av tre problemuppsättningar som inkluderar analytiska uppgifter och programmeringsuppgifter. Betyget bestäms utifrån det totala antalet erhållna poäng (för varje problemuppsättning finns ett minimalt antal poäng för att bli godkänd på kursen)

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.