Practica No. 1 Métodos de Visualización de flujo de fluidos Alumno: Marin Arriaga Erick 3SM1
Objetivo: Conocer las características de un método de visualización de flujo de fluido Material:
Túnel de humo Modelos del túnel de humo Parafina liquida
Introducción Un fluido en movimiento tiene un flujo que regularmente se comporta de manera laminar, y ese flujo no cambia a menos que sea interrumpido por algún objeto, que interrumpa este flujo y cambie su velocidad y su dirección. Este cambio en la magnitud y dirección de la velocidad se estudia a través de métodos de visualización de flujo de fluidos. En esta práctica con ayuda de un túnel de viento observamos cómo se comporta el flujo al interactuar con diferentes superficies.
Desarrollo de la Práctica Básicamente toda la práctica se basó en la observación del comportamiento del fluido aire en diferentes superficies. Para el primer experimento observamos el comportamiento del flujo y como se comportaba al tener contacto con dos cuerpos diferentes, un auto sedan y una camioneta ambos a escala. Para el caso del sedán observamos que este auto gracias a que tiene un diseño currentilíneo, genera una menor fuerza de arrastre y por ende las líneas de flujo que chocan con el vehículo generan una menor turbulencia en el borde de salida del sedán. Por otro lado la camioneta a diferencia del sedán tiene un diseño más aerodinámico, y genera una mayor fuerza de arrastre y mucha más turbulencia.
En el segundo experimento utilizamos una esfera y en este caso observamos que las líneas de flujo rodeaban todo el contorno de la esfera, y por su forma simétrica e igual en todos sus lados generaba una turbulencia detrás de ella, también observamos pequeños vórtices cuando las líneas chocaban al terminar de rodear la superficie de la esfera, la estela formada era casi del mismo tamaño de su radio. El tercer objeto fue un cilindro y el comportamiento del flujo en este era muy parecido al de la esfera pero a diferencia de la esfera el cilindro cuenta con una mayor distancia entre sus tapas circulares, y esto genera que un mayor número de líneas de flujo tengan contacto con él y por ende la estela de turbulencia que genera es mayor. El cuarto objeto utilizado fue un perfil con un Angulo de ataque de 0º, con este objeto pudimos observar que al ser una superficie muy currentilínea y estar alineado con el flujo las líneas podían rodear toda la superficie y no ser desviadas, al salir por el borde de salida se formó nuevamente un flujo laminar, y por ende no formar nada de turbulencia. El quinto experimento fue realizado con el mismo perfil pero ahora fue colocado con un ángulo de ataque moderado, al modificar el ángulo, observamos que las líneas de flujo en la parte inferior del perfil se juntaran y no provocaran mucha turbulencia pero en la parte superior si se generó turbulencia, ya que al estar con un ángulo diferente de 0, el perfil no se alineo completamente con las líneas de flujo. El sexto experimento fue muy similar al quinto pero aumentamos aún más el ángulo de ataque y al aumentar el ángulo también aumentamos el área de contacto con el flujo, y con esto provocamos que exista una mayor turbulencia en los bordes del perfil. El séptimo objeto utilizado fue una Placa rectangular que simulaba ser un ala de un avión, y en esta observamos que por su geometría tiene un área mayor que tiene contacto con el flujo, en el centro de la placa se observaba con circulaba el flujo sin problemas y con mínima turbulencia, pero al pasar el flujo por los bordes de la placa observamos que este forma vórtices.
El octavo experimento lo realizamos con un ducto con esquinas rectas, pudimos observar que el fluido en el interior del ducto no podía girar sin perder su forma laminar ya que el ángulo de giro es muy grande para que el fluido pueda doblar sin problemas, la sección donde se generaba una mayor turbulencia fue la esquina superior izquierda. El noveno experimento fue similar al anterior pero en este caso se utilizó un ducto con esquinas redondeadas, pudimos ver que al utilizar este tipo de esquinas el flujo puede doblar más fácilmente generado menos turbulencia.
El décimo experimento se realizó con un ducto con esquinas redondeadas pero ahora, se le agrego al ducto unos alineadores de flujo los cuales ayudaban mucho a que el flojo se mantuviera en su forma laminar y pudiera doblar sin generar ningún tipo de turbulencias.
Cuestionario 1. Explique el principio de funcionamiento del visualizador de Schlieren. El visualizador de Schlieren se basa en el hecho de que los rayos de luz se doblan cuando se encuentran con cambios en la densidad de un fluido, se utilizan para visualizar el flujo lejos de la superficie de un objeto. El visualizador schlieren utilizados espejos cóncavos en ambos lados de la sección de prueba del túnel de viento y una lámpara de vapor de mercurio o un sistema de separación de encendido como fuente de luz brillante. La luz pasa a través de una ranura que se coloca de tal manera que la luz reflejada por los espejos forma rayos paralelos que pasan a través de la sesión de prueba en el otro lado del túnel los rayos paralelos son recogidos por otro espejo y se concentran hasta un punto en el borde de la cuchilla. Los rayos siguen hacia un dispositivo de grabación como una cámara de vídeo
2. Explique tres métodos de visualización de flujo diferentes a los utilizados en esta practica El sistema de visualización de flujo mediante brujas de hidrógeno de Armfield fue diseñado para comprender las complejas modalidades de flujos asociadas con el agua que pasa alrededor de cuerpos sólidos y sus vecindades por medio de la visualización. La técnica de la burbuja de hidrógeno es muy útil para laboratorios y conferencias mostrando de forma directa el recorrido del agua en su camino. Una miríada de pequeñas burbujas de hidrógeno se mezcla con el agua creando trazas que permiten detectar todos los cambios y perturbaciones que experimentan en su recorrido. El método del velocimetría por imágenes de partículas al fluido se le agregan partículas trazadoras y por medio de un láser y algunos dispositivos ópticos y genera un plano láser y este plano atraviesa un lente cilindro y uno esférico y después el fluido y al final llega a una cámara que mide la desviación del rayo.
Métodos interactivos para la visualización de flujos, métodos basados en texturas La idea básica de los métodos basados en texturas es la de realizar una convolucion local entre una textura de entrada y un segmento de trayectoria dentro del diagrama de fases. El mecanismo más simple de estos es llevado a cabo a través de las tangentes del campo vectorial, y los más actuales incluyen una convolucion de línea, El efecto de esta representación es visualizado como un esfumado en la dirección del flujo.
3. Defina línea corriente, senda y línea de traza.
Una línea de corriente es la trayectoria que siguen las partículas de flujo, indica la dirección del vector velocidad del fluido en un cierto punto. La senda es el recorrido de una partícula individual en un periodo de tiempo.
Una línea de traza es el lugar geométrico que se define por las partículas que pasan por un punto fijo en el espacio.
4. Explique por qué no es posible que dos o más líneas de corriente se corten en un punto.
Dos líneas de corriente nunca se cruzan entre sí, pues si esto ocurriera, una partícula de fluido se movería por cualquier trayectoria en el punto de cruce y en ese caso el flujo no sería estable.
5. Explique cuál es el objetivo de de realizar una visualización de flujo y comente alguna aplicación en particular Una visualización de flujo sirve para observar el comportamiento de un fluido en movimiento al interactuar con objeto o una superficie y si el flujo se convierte en turbulencia o se mantiene como flujo laminar. Una aplicación esta en el diseño de los automóviles al analizar el comportamiento que tiene el fluido aire al entrar en contacto con la carrocería de los autos, queriendo lograr con este estudio, un diseño en los automóviles mas currentilineo y que genere la menor fuerza de arrastre posible. Conclusiones Esta práctica me sirvió para comprobar lo visto en clase porque no es lo mismo verlo que imaginárselo con un dibujo en el pizarrón, además de que una forma de aprendizaje es a través de la observación y este tipo de prácticas me sirve para aterrizar en algo físico lo aprendido teóricamente.
