Técnicas de Simulación Numérica
(Curso Académico 2024 - 2025)

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• CE8 - Saber programar, al menos, en un lenguaje relevante para el cálculo científico en Astrofísica
• CE11 - Saber utilizar la instrumentación astrofísica actual (tanto en observatorios terrestres como espaciales) especialmente aquélla que usa la tecnología más innovadora y conocer los fundamentos de la tecnología utilizada

• CG1 - Conocer las técnicas matemáticas y numéricas avanzadas que permitan la aplicación de la Física y de la Astrofísica a la solución de problemas complejos mediante modelos sencillos

• CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación
• CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios
• CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

• CX2 - Aplicar los conocimientos de informática, Física, Astrofísica y computación para construir simulaciones numéricas de fenómenos o escenarios astrofísicos

Profesor: Dr. Claudio Dalla Vecchia
Módulo 1:  Introducción de métodos para resolver las ecuaciones de movimiento de sistemas de N cuerpos. Introducción del método del árbol. Prácticas: códigos de simulación disponibles públicamente para formar galaxias. Crear condiciones iniciales. Simulación y análisis de un modelo de formación de galaxias.

Profesor: Dr. Isaac Alonso Asensio
Módulo 2: Conceptos elementales de hidrodinamica. Ecuaciones de los gases. Discretización de las ecuaciones mediante diferencias finitas. Forma conservativa de las ecuaciones de los gases; criterio CFL. Práctica: construcción de un código unidimensional para resolver las ecuaciones de los gases y aplicación básica.

Profesor: Dr. Christopher B. A. Brook y Dr. Arianna Di Cintio
Módulo 3: Esquemas y códigos numéricos. Convergencia y estabilidad de un código numérico. Práctica: Simular interacciones de N cuerpos, incluyendo el uso de estructuras de datos de árbol. Crear un código de N cuerpos y aplicarlo para modelizar la propagación de virus a sistemas de planetas y galaxias.





 

(a) Los módulos 1 y 3 de la asignatura se impartirán en inglés.

(b) El material escrito de toda la asignatura (ejercicios, guiones de prácticas, resúmenes) se distribuirá en inglés.

(c) Las referencias bibliográficas de la lista inicial y las que se indiquen a lo largo del curso estarán escritas en inglés.
 
(d) Téngase en cuenta que las habilidades lingüísticas requeridas son pocas, ya que el curso es principalmente práctico.

Esta asignatura es de prácticas. Es el alumnado el que construye programas y/o los utiliza para resolver los problemas planteados. La mayoría de las sesiones presenciales son delante del ordenador, con trabajo del alumnado supervisado por el profesorado. La asignatura se apoya también en un número limitado de clases en el aula para abordar conocimientos teóricos de cálculo numérico o de la física de los gases. Como lenguaje de programación estándar se usará Python.
 
 

Actividades formativas	Horas presenciales	Horas de trabajo autónomo	Total horas	Relación con competencias
Clases teóricas	9,00	0,00	9,0	[CG1], [CB7], [CE11]
Clases prácticas (aula / sala de demostraciones / prácticas laboratorio)	27,00	0,00	27,0	[CX2], [CB10], [CG1], [CB8], [CB7], [CE8], [CE11]
Realización de trabajos (individual/grupal)	18,00	0,00	18,0	[CX2], [CG1], [CB8], [CB7], [CE8], [CE11]
Asistencia a tutorías	6,00	0,00	6,0	[CE8], [CG1], [CB6], [CB7]
Estudio/preparación de Clases	0,00	90,00	90,0	[CX2], [CG1], [CB8], [CB7], [CE8], [CE11]
Total horas
Total ECTS

Laney, C. B. (1998): Computational Fluid Dynamics, Cambridge Univ. Press
Morton, K. W., Baines, M. J. (1983): Numerical Methods for Fluid Dynamics, Academic Press
Toro, E. F. (1999): Riemann Solvers and numerical methods for fluid dynamics: a practical introduction. Springer Verlag
 
 

Programming for Computations - A Gentle Introduction to Numerical Simulations with Python
Svein Linge
 
Hans Petter Langtangen
 http://hplgit.github.io/Programming-for-Computations/pub/p4c/p4c-solarized-Python.html

Sólo se aplicará la modalidad de evaluación continua al ser la asignatura eminentemente práctica. La evaluación continua se basará en las memorias de las tres prácticas, que tendrán idéntico peso en la nota final de la asignatura. En ellas se emplearán códigos desarrollados bajo la supervisión del profesorado. En la segunda convocatoria el alumnado podrá acogerse a la evaluación continua, presentando las memorias de la prácticas (corregidas en su caso).

La calificación se obtendrá separadamente para el conjunto de los módulos 1, 2 y 3. La nota conjunta de los módulos constituye la calificación final de la asignatura. Las calificaciones se otorgarán atendiendo al resultado de las prácticas plasmados en los programas y códigos construidos y en los tres informes de las prácticas.

El alumnado que se encuentre en la quinta o posteriores convocatorias y desee ser evaluado por un Tribunal, deberá presentar una solicitud a través del procedimiento habilitado en la sede electrónica, dirigida a la Decana de Ciencias. Dicha solicitud deberá realizarse con una antelación mínima de diez días hábiles al comienzo del periodo de exámenes.

Tipo de prueba	Competencias	Criterios	Ponderación
Informes memorias de prácticas	[CX2], [CB10], [CG1], [CB6], [CB8], [CB7], [CE8], [CE11]	Resolución de las tareas planteadas, valorando: (a) validez, eficiencia, claridad y modularidad de los códigos numéricos creados por el alumnado; (b) adecuada realización de los experimentos propuestos; (c) claridad en el análisis físico de los resultados y (d) buena presentación de texto y figuras.	100,00 %

El cronograma que se presenta corresponde a un grupo promedio de estudiantes. Se adaptará si es necesario en función de sus conocimientos previos de física y astrofísica y de las técnicas numéricas y analíticas de cada grupo en particular.

Semana	Temas	Actividades de enseñanza aprendizaje	Horas de trabajo presencial	Horas de trabajo autónomo	Total
Semana 1:	Módulo 1	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 2:	Módulo 1	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 3:	Módulo 1	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 4:	Módulo 1	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 5:	Módulo 1,2	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica Prueba objetiva (examen)	4.00	6.00	10.00
Semana 6:	Módulo 2	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 7:	Módulo 2	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 8:	Módulo 2	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 9:	Módulo 2	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 10:	Módulo 2,3	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica Prueba objetiva (examen)	4.00	6.00	10.00
Semana 11:	Módulo 3	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 12:	Módulo 3	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 13:	Módulo 3	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica	4.00	6.00	10.00
Semana 14:	Módulo 3	Clases teóricas y prácticas, realización de prácticas Trabajo en el Centro de Cálculo de Astrofísica Prueba objetiva (examen)	4.00	6.00	10.00
Semana 15 a 17:	Realización de exámenes y supervisión/correción de prácticas	Preparación y realización de exámenes	4.00	6.00	10.00
Total			60.00	90.00	150.00