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Meteorologie SP Strömungsphysik
Moduldetails
Modulverantwortliche:
Prof. Dr. Bernd Leitl
Anzeige im Stundenplan:
SP
Dauer:
6
Anzahl Wahlkurse:
0
Credits:
12,0
Startsemester:
WiSe 21/22
Qualifikationsziele
:
Die Studierenden sind mit den grundlegenden Denkweisen und Methoden der Hydrodynamik vertraut, kennen die Bedeutung der hydrodynamischen Kennzah-len, haben die Erhaltungsprinzipien der Strömungsphysik verstanden und ge-lernt, aus ihnen Bilanzgleichungen für turbulente Strömungen herzuleiten. Sie sind in der Lage, die Gleichungen zu vereinfachen und auf praktische meteoro-logische Fragestellungen anzuwenden. Sie haben turbulente Schließungsansät-ze auf verschiedenen Stufen der Komplexität kennengelernt und sind über ihre Vor- und Nachteile informiert. Sie kennen die verschiedenen Bereiche der atmo-sphärischen Grenzschicht mit und ohne Dichteschichtung und ihre zeitliche Va-riabilität im meteorologischen Tagesgang. Sie sind in der Lage, Grenzschicht-rechnungen durchzuführen, die Ergebnisse mit Daten zu vergleichen und zu bewerten.
Inhalte
:
Das Modul besteht aus den Teilen "Hydrodynamik" und "Turbulenz und Grenz-schicht", die in aufeinander folgenden Semestern angeboten werden.
Die Vorlesung "Hydrodynamik" beginnt mit einer Betrachtung der Eigenschaften der Fluide und der Definition des Kontinuums. Sodann werden für das Konti-nuum die Erhaltungssätze der Hydrodynamik von Grund auf abgeleitet und in Form partieller Differentialgleichungen dargestellt. Die Rolle der Terme der Glei-chungen wird veranschaulicht. Es wird gezeigt, dass Vereinfachungen dieser Gleichungen auf die bereits aus der "Einführung in die Meteorologie" bekannten Gesetzmäßigkeiten für ruhende und strömende Fluide führen. Sodann wird die Dimensionsanalyse als methodisches Werkzeug der Strömungsphysik einge-führt. Die hydrodynamischen Ähnlichkeitskennzahlen werden hergeleitet und ihre Bedeutung für die Typisierung von Strömungen wird erläutert. In den Übun-gen zur Hydrodynamik werden die erworbenen Kenntnisse zur Lösung ein-schlägiger Aufgaben eingesetzt.
In der Vorlesung "Turbulenz und Grenzschicht" werden die in der "Hydrodyna-mik" eingeführten Methoden und Verfahrensweisen auf turbulente Grenzschicht-strömungen angewandt und weiter vertieft. Die Störungen des atmosphärischen Grundstroms werden klassifiziert und die turbulente Skala wird definiert. Die Dif-ferentialgleichungen werden in Reynolds- gemittelte Formen überführt, Bilanz-gleichungen für spezielle Kenngrößen turbulenter Strömungen werden abgelei-tet, das turbulente Schließungsproblem wird ausführlich erläutert. Die Monin-Obukhov-Theorie wird eingeführt und die Charakteristika der atmosphärischen Grenzschichten werden beschrieben. In der dazugehörigen Übung werden die erworbenen Kenntnisse auf praktische Probleme angewandt.
Ziel des Moduls ist es, die Mathematik- und Physikkenntnisse auf einem für die Meteorologie zentralen Gebiet, der Strömungsphysik, systematisch anzuwenden und zu vertiefen.
Lehrformen
:
Vorlesung mit Übungen. Umfang jeweils 2 SWS für die Vorlesungen in "Hydro-dynamik" und "Turbulenz und Grenzschicht" und jeweils 2 SWS für die zugehö-rigen Übungen.
Unterrichtssprache
:
Deutsch. Lehrmaterial: Skript in deutscher Sprache, zusätzliche Literatur meist in englischer Sprache.
Voraussetzungen für die Teilnahme
:
- verbindliche: keine
- empfohlene: in den Anfangssemestern erworbene mathematisch-physikalische Grundkenntnisse. Fachkenntnisse auf dem Gebiet der Strömungsphysik werden nicht vorausgesetzt.
Verwendbarkeit des Moduls
:
Das Modul ist Bestandteil des Studiengangs BSc. Meteorologie. Es vermittelt die strömungsphysikalischen Grundlagen für das weitere Fachstudium und die spä-tere berufliche Praxis. Die behandelten Beispiele stammen aus allen Bereichen der Strömungsphysik. Das Modul eignet sich daher auch als Ergänzungs- oder Wahlfach für andere mathematisch-physikalisch ausgerichtete Studiengänge.
Art, Voraussetzungen und Sprache der(Teil)- Prüfung
:
Das Modul wird mit einer mündlichen Prüfung in deutscher oder englischer Sprache abgeschlossen. Die konkrete Prüfungssprache wird vor Beginn der Lehrveranstaltung bekannt gegeben. Zusätzlich werden am Ende der beiden Modulteile Klausuren angeboten. Sie dienen der Selbstkontrolle, die Teilnahme ist freiwillig. Die Noten werden nicht bei der Berechnung der Modulnote berück-sichtigt.
Arbeitsaufwand (Teilleistungen)
:
Teilmodul Hydrodynamik 6 LP
Teilmodul Turb./ Grenzsch. 6 LP Präsenz-/
60 Std.
60 Std. Selbststudium
90 Std.
90 Std. Prüfungsvorbereitung
30 Std.
30 Std.
Gesamtaufwand 12 LP 120 Std. 180 Std. 60 Std.
Anmeldefristen
Phase
Block
Anmeldung von | bis
Ende Abmeldung
Erstsemester
Semester
04.10.2021 09:00 | 07.10.2021 13:00
07.10.2021 13:00
Anmeldephase
Semester
01.09.2021 09:00 | 16.09.2021 13:00
16.09.2021 13:00
Nachmeldephase
Semester
27.09.2021 09:00 | 30.09.2021 13:00
30.09.2021 13:00
Ummelde- und Korrekturphase
Semester
11.10.2021 09:00 | 21.10.2021 13:00
21.10.2021 13:00
Kurse
Nummer
Name
Pflicht
Semester
Credits
Meteorologie-63-805
Hydrodynamik Vorlesung
Ja
1
3,0
63-805
Hydrodynamik
WiSe 21/22
63-805
Hydrodynamik
WiSe 22/23
Meteorologie-63-805a
Hydrodynamik Übung
Ja
1
3,0
63-805a
Übungen zu "Hydrodynamik"
WiSe 21/22
63-805a
Übungen zu Hydrodynamik
WiSe 22/23
Meteorologie-63-806
Turbulenz und Grenzschicht Vorlesung
Ja
2
3,0
63-806
Turbulenz und Grenzschicht - Vorlesung
SoSe 22
Meteorologie-63-806a
Turbulenz und Grenzschicht Übung
Ja
2
3,0
63-806a
Turbulenz und Grenzschicht - Übung
SoSe 22
Leistungen
Kurs/Modulabschlussleistungen
Leistungen
Bestehenspflicht
Gewichtung
Modulabschlussleistungen
Mündliche Prüfung
Ja
100%
Modulabschlussprüfungen
Prüfung
Datum
Lehrende
Bestehenspflicht
1 Mündliche Prüfung
Mo, 18. Jul. 2022, 09:00 - 17:00
Prof. Dr. Bernd Leitl
Ja
2 Mündliche Prüfung
Fr, 28. Okt. 2022, 09:00 - 17:00
Prof. Dr. Bernd Leitl
Ja
Modulverantwortliche
Prof. Dr. Bernd Leitl
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