Introducción a la mecánica de fluidos |
Introducción
• 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
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Cálculos de tuberías, canales y sistemas de fluidos |
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.
Flujos externos y capa límite
• Fuerzas sobre cuerpos en el seno de fluidos
• Fuerza de resistencia: Resistencia de presión y fricción
• Conceptos básicos de capa límite
• Cuerpos romos y fuselados. Desprendimiento de capa límite. Paradoja de d’Alembert.
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 |
Aplicación al campo de la ingeniería |
Fluidostática I
• Ecuación general de la fluidostática
• Condiciones que han de cumplir las fuerzas másicas para que el fluido pueda estar en reposo.
• 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
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
Ecuaciones fundamentales: conservación de la masa
• Los modelos fluidos y las leyes de conservación
• Principio de conservación de la masa: ecuación de continuidad en forma integral
• Simplificación para el caso con movimiento estacionario y/o incompresible
Ecuaciones fundamentales: conservación de cantidad de movimiento
• Fuerzas en el seno de un fluido
• Ecuación de cantidad de movimiento en forma integral
• Elección del volumen de control
Ecuaciones fundamentales: conservación de la energía
• Primera ley de la termodinámica en un volumen de control
• La ecuación de la energía en forma integral
• Balance de energía en presencia de máquinas hidráulicas
Análisis dimensional
• Objeto y aplicaciones del análisis dimensional
• Principio de homogeneidad dimensional
• Teorema Pi de Buckingham
• 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
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 |