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Los bloques o temas siguientes desarrollan los contenidos establecidos en la ficha de la Memoria de Verificación
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Introducción a la mecánica de fluidos. Leyes de conservación de la mecánica de fluidos. Conceptos básicos de cinemática de fluidos. Conceptos de análisis dimensional y su aplicación a la mecánica de fluidos. Conceptos de capa límite y turbulencia. Flujos unidireccionales y en conductos. Aplicaciones a problemas de interés en ingeniería. |
TEMA 1. Introducción y conceptos básicos |
La Mecánica de Fluidos
• Objeto y aplicaciones
• Sólidos, líquidos y gases
• Clasificación de los tipos principales de flujos: laminar/turbulento, compresible/incompresible, interno/externo, ideal/viscoso
• Campos de aplicación de la mecánica de fluidos
• Relaciones con otras ciencias
Definiciones e hipótesis básicas
• Los fluidos como medios continuos
• Hipótesis del equilibrio termodinámico local
• Magnitudes fluidas
• Concepto de partícula fluida
Fuerzas en el seno de un fluido
• Fuerzas de volumen y fuerzas másicas.
• Fuerzas de superficie. Tensor de esfuerzos
• Ecuación de la cantidad de movimiento |
TEMA 2. Fluidostática |
Fluidostática I
• Ecuación general de la fluidostática
• Condiciones que han de cumplir las fuerzas másicas para que el fluido pueda estar en reposo.
• La ecuación de la fluidostática en el caso de que las fuerzas másicas deriven de un potencial
Fluidostática II
• Hidrostática. Aplicaciones (principio de Pascal, manómetros...)
• Fuerzas hidrostáticas sobre superficies sólidas
• Principio de Arquímedes
• Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes
• Movimiento de cuerpo rígido
Tensión superficial
• Efectos de la tensión superficial
• Ecuación de Laplace de las entrefases
• Forma de la superficie de separación
• Línea y ángulo de contacto
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TEMA 3. Cinemática |
• Sistemas de referencia de Lagrange y Euler
• Tipos particulares de movimientos fluidos
• Representación y visualización de flujos: sendas, trayectorias, trazas, líneas fluidas y líneas de corriente
• Concepto de derivada sustancial
• Vector aceleración de una particula fluida
• Tensor gradiente de velocidad
• Descomposición e interpretación física del tensor
• Vorticidad
• Teorema del transporte de Reynolds |
TEMA 4. Ecuaciones fundamentales |
Conservación de la masa
• Los modelos fluidos y las leyes de conservación
• Principio de conservación de la masa: Ecuación de continuidad
• Formas integral y diferencial de la ecuación
• Simplificación para el caso con movimiento estacionario y/o incompresible
Conservación de cantidad de movimiento
• Ecuación de cantidad de movimiento en forma integral
• Ecuación de cantidad de movimiento en forma diferencial
• Caso con viscosidad constante
• Simplificación para el caso de flujo incompresible
• Ecuación de la energía mecánica
Conservación de la energía
• Primera ley de la termodinámica en un volumen de control
• La ecuación de la energía en forma integral
• La ecuación de la energía en forma diferencial
• Ecuación de la energía interna. Caso de Fluidos de densidad constante
• Ecuación de la entropía
• Ecuación de la energía con máquinas hidráulicas.
El sistema completo de ecuaciones de Navier-Stokes
• Condiciones iniciales y de contorno
• Existencia y unicidad de la solución
Análisis de casos de movimiento unidireccional de fluidos incompresibles que admiten solución exacta
• Simplificación de las ecuaciones
• Corriente de Couette
• Corriente de Hagen-Poiseuille bidimensional |
TEMA 5. Análisis dimensional |
Análisis dimensional
• Objeto y aplicaciones del análisis dimensional
• Principio de homogeneidad dimensional
• Teorema Pi de Buckingham
Adimensionalización de las ecuaciones generales
• El proceso de adimensionalizar
• Los parámetros adimensionales importantes en mecánica de fluidos: Strouhal, Euler, Mach y cavitación, Reynolds, Froude, Prandtl
Modelos adimensionales
• Semejanza física y modelado en Mecánica de Fluidos
• Condiciones para la semejanza
• Semejanza física parcial |
TEMA 6. Fluidos ideales: Ecuaciones de Euler y Bernouilli |
• Condiciones de flujo ideal
• Obtención de las ecuaciones de Euler a partir de las de Navier-Stokes
• Condiciones iniciales y de contorno
• Movimientos isentrópicos y homentrópicos
• Ecuación de Euler-Bemouilli
• Ecuación de Bernouilli
• Magnitudes de remanso
• Aplicaciones prácticas de la ecuación de Bernouilli:sonda de Pitot, tubo de Venturi, efecto Venturi. |
TEMA 7. Flujos externos: Aerodinámica incompresible |
• Flujos externos
• Fuerzas sobre cuerpos en el seno de fluidos
• Fuerza de arrastre: Arrastre de presión y fricción, concepto de cuerpo fuselado.
• Fuerza de sustentación:generación, torbellinos de punta de ala, efecto Magnus. |
TEMA 8. Introducción a la capa límite |
• Concepto de capa límite
• Ecuaciones de la capa límite bidimensional incompresible
• Espesores de capa límite
• Solución de Blasius para la capa limite laminar de placa plana sin gradiente de presión
• Efecto de los gradientes de presión. Desprendimiento de la capa límite
• Arrastre de cuerpos |
TEMA 9. Flujos internos: Pérdidas de carga |
• Flujos en conductos
• Pérdidas de carga: Ecuación de Bernouilli generalizada
• Coeficiente de fricción. Diagrama de Moody
• Pérdidas de carga locales. Coeficientes K de varias singularidades.
• Redes de tubería en serie y paralelo
• Instalaciones con máquinas hidráulicas
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Prácticas de Laboratorio |
• Práctica 1. Calibración de un Venturi
• Práctica 2. Distribución de presiones alrededor de un cilindro
• Práctica 3. Pérdidas de carga
• Práctica 4. Capa límite en una placa plana |