Universidad de Universidad de Valladolid Ficha Asignatura
12 de julio de 2011
(210) | MECANICA DE FLUIDOS I | Ing. Ind. (210) |
MECANICA MECANI CA DE FLUIDOS I - Curso 2010-11 Curso Académico Actual: 2010/2011 Actual: 2010/2011 Profesorado: FRANCISCO CASTRO RUIZ BRUNO PEREIRAS GARCIA MIGUEL ANGEL RODRIGUEZ BENEITE JOSE BENITO SIERRA PALLARES Fecha de la Última Modificación: 04/03/2011 Modificación: 04/03/2011 Descriptor: Esta asignatura constituye la primera toma de contacto del estudiante con la Mecánica de Fluidos. En ella se establecen los principios básicos que rigen el comportamiento de los fluidos y se estudian difrentes tipos de flujos. Esto permite al estudiante desarrrollar su comprensión sobre el comportamiento de los diferentes tipos de flujos. Objetivos: Establecer las bases que rigen el comportamiento de los fluidos (ecuaciones generales). Analizar dos tipos de flujos contrapuestos: movimientos movimientos con viscosidad dominante y movimientos turbulentos. turbulentos. Introducir brevemente la Mecánica de Fluidos Computacional. Programa Básico: I PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS II CINEMÁTICA DE FLUIDOS III ESTÁTICA DE FLUIDOS IV ECUACIONES GENERALES GENERALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS V ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA VI MOVIMIENTOS CON VISCOSIDAD VISCOSIDAD DOMINANTE VII TURBULENCIA VIII INTRODUCCIÓN A LA MFC. Programa de Teoría: I PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS LECCI ECCIÓN ÓN 1ª 1ª Cara Caract cte eríst rístic ica as fund fundam ame ental ntales es de de los los flui fluidos d os La ciencia de la Mecánica de Fluidos. Fluidos y sólidos. Compresibilidad de un fluido. Líquidos y gases. Hipótesis de medio continuo. Hipótesis de equilibrio termodinámico local. Partícula fluida. Magnitudes fluidas. Viscosidad. Fluidos no newtonianos. LECCIÓN 2ª Fenómenos de transporte Introducción. Transporte de calor por conducción. Ley de Fourier. Transporte de masa por difusión. Ley de Fick. Transporte molecular de cantidad de movimiento. Ley de Newton. Interpretación basada en la teoría cinética. II CINEMÁTICA DE FLUIDOS LECCIÓN 3ª 3ª Descripción de del ca campo flfluido Especificación del campo fluido. Tipos particulares de movimientos. Trayectoria y senda de una partícula fluida. Líneas, superficies y volúmenes fluidos. Líneas, superficies y tubos de corriente. Punto de remanso. Línea de traza. Derivada sustancial. Aceleración. Flujo convectivo a través de una superficie. LECC LECCIÓ IÓN N 4ª 4ª Anál Anális isis is del del mov movim imie ient nto o rela relati tivo vo en en el ent entor orno no de de un pun punto to Velocidades en el entorno de un punto. Tensor gradiente de velocidad. Tensor de velocidades de deformación. Interpretación física. Divergencia Tensor de rotación. Interpretación física. Vorticidad. Movimientos irrotacionales. Función potencial Función de corriente. III ESTÁTICA DE FLUIDOS LECCIÓN 5ª Fuerzas sobre flfluidos Fuerzas sobre fluidos. Fuerzas de volumen. Fuerzas de superficie. Tensor de esfuerzos. Ec. de conservación de la cantidad de movimiento sobre una part. fluida. LECCIÓN 6ª Fluidostática Ecuación general de la fluidoestática. Potencial de fuerzas másicas. Superficies equipotenciales. Condición de equilibrio. Atmósfera estratificada. Estabilidad. Principio de Arquímedes generalizado. LECCIÓN 7ª 7ª Hidrostática Ecuación de la Hidrostática. Cálculo de fuerzas sobre superficies. Equilibrio de cuerpos sumergidos y flotantes. Efectos de subpresión. LECCIÓN 8ª 8ª Fenómeno de de te tensión su superficial
Superficie de separación de dos medios. Tensión superficial. Equilibrio en dirección tangencial. Equilibrio en dirección normal. Ecuación de Laplace. Línea de contacto. Ángulo de contacto. Forma de la superficie de separación. Longitud capilar. IV ECUACIONES GENERALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS LECCIÓN 9ª Derivadas temporales de integrales extendidas a volúmenes flu idos Volúmenes fluidos y de control. Teorema de Transporte de Reynolds. LECCIÓN 10ª Ecuación de continuidad Ecuación de conservación de la masa en forma integral. Ecuación de conservación de la masa en forma diferencial. Ecuación de conservación de las especies. LECCIÓN 11ª Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento en forma integral Forma integral de la ecuación de cantidad de movimiento. Ej. aplicación. Ecuación de conservación del momento cinético. Ej. de aplicación. LECCIÓN 12ª Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento en forma diferencial Forma diferencial de la ecuación de cantidad de movimiento. Ley de Navier-Poisson. Ecuaciones de Navier-Stokes. Ecuación de la energía mecánica en forma diferencial. LECCIÓN 13ª Ecuación de conservación de la energía Primer principio de la termodinámica. Formas integral y diferencial de la ecuación de la energía. Ecuación de la energía interna. Balance energético en máquinas de fluidos. Balance de energía mecánica en máquinas hidráulicas. Rendimiento LECCIÓN 14ª Resumen y discusión de las ecuaciones de la mecánica de fluidos Consideraciones generales. Caso de fluidos incompresibles. Condiciones iniciales y de contorno. Existencia, unicidad y estabilidad de las soluciones. Exper. de Reynolds. Resolución analítica, numérica y experimental. LECCIÓN 15ª Aspectos generales de la mecánica de fluidos computacional ¿Qué es la Mecánica de Fluidos Computacional? Aplicaciones. Fundamentos de resolución. Ejemplo. Nuevas tendencias. V ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA LECCIÓN 16ª Análisis dimensional. Semeja nza Introducción. Principio de homogeneidad dimensional. Adimensionalización de una ecuación. Teorema ! o de Vaschy-Buckingham. Ejemplos. Parámetros adimensionales más característicos. Significado físico. Fenómenos físicamente semejantes. Semejanza parcial. VI MOVIMIENTOS CON VISCOSIDAD DOMINANTE LECCIÓN 17ª Movimientos unid ireccionales de líquidos Ecuaciones del movimiento. Condiciones iniciales y de contorno. Movimientos estacionarios. Corriente de Couette. Corriente de Hagen-Poiseuille. Flujo en conductos. LECCIÓN 18ª Movimie nto laminar estacionario de líquidos en conductos Condiciones de unidireccionalidad. Estabilidad de la corriente laminar. Condición de estacionareidad del movimiento. Conductos de sección lentamente variable y pequeña curvatura. Estimación de las pérdidas locales. VII TURBULENCIA LECCIÓN 19ª Introducción al movimiento turbulento Introducción. Naturaleza y características de la turbulencia. Experimento de Reynolds. Características generales de los flujos turbulentos. Origen de la turbulencia. Inestabilidades. Descripción del mecanismo de cascada de energía y escalas de la turbulencia. Métodos de cálculo y análisis de flujos turbulentos. LECCIÓN 20ª Ecuaciones de Reynolds del movimiento turbulento Concepto de promediado de Reynolds. Ecuaciones de Reynolds del movimiento medio. Significado físico de las tensiones de Reynolds. Problema de cierre. Modelos de viscosidad de torbellino. Modelos algebraicos. Modelos de una ecuación diferencial adicional. Modelos de dos ecuaciones diferenciales adicionales. Modelos de tensiones de Reynolds.
Programa de Prácticas: Cada sesión de prácticas de una duración aproximada de tres horas. PRIMERA SESIÓN Calibración de un manómetro Equilibrio de un cuerpo flotante Presiones superficie sumergida SEGUNDA SESIÓN Medida de Caudal Viscosímetro/Couette-Taylor Experimento de Reynolds TERCERA SESIÓN Resolución mediante CFD de un problema fluidomecánico. Metodología (actividades): Se intercalan las clases de teoría con las de problemas para asentar los conocimientos desarrollados. Además existen sesiones de prácticas donde el alumno realiza experimentos sencillos relacionados con los conocimientos abordados en el
aula. Método y criterios de evaluación: Prácticas de laboratorio. Obligatorias Resolución de problemas tipo. Optativos Examen escrito: Cuestiones teórico-prácticas (40 a 50% de la nota, mínimo de 3.5 sobre 10) Problemas (el resto de la nota, mínimo de 3.5 sobre 10)
Bibliografía: * CRESPO, A. (1989) "Mecánica de Fluidos", Servicio de Publicaciones de la ETSII de la UPM. * WHITE, F. (1979) "Mecánica de Fluidos" McGraw-Hill. * Hernández, J. y Crespo, A. (1998) "Problemas de Mecánica de Fluidos y de Máquinas Hidráulicas" UNED. Bibliografía Complementaria: * BATCHELOR, G.K. (1967) "An Introduction to Fluid Dynamics" Cambridge University Press. * BRUN, E., MARTINOT-LEGARDE, A. y MATHIEU, J. (1979) (2 volumenes) "Mecánica de los Fluidos" Labor. * FOX, R.W. y MCDONALD, A.T. (1995) "Introducción a la Mecánica de Fluidos" McGraw Hill. * GERHART, P., GROSS, R. Y HOCHSTEIN, J. (1995) "Fundamentos de Mecánica de Fluidos" Addison. * KAY, J.M. y NEEDERMAN, R.M. (1990) "Fluid Mechanics and Transfer Processes" Cambridge University Press. * KUNDU, P.K. (1990) "Fluid Mechanics" Academic Press. * MASSEY, B. S. (1989) "Mechanic of Fluids" Van Nostrand Reinhold. * OLSON, R.M. y WRIGHT, S.J. (1990) "Essentials of Engineering Fluid Mechanics" Harper&Row. * SHAMES, I.H. (1995) "Mecánica de Fluidos" McGraw-Hill.
En la práctica totalidad de los libros anteriormente referenciados existen una gran cantidad de problemas propuestos al final de cada capítulo, aparte de los ejemplos intercalados en el texto teórico. A continuación se van a reseñar publicaciones dedicadas únicamente a la proposición y resolución de problemas.
* BOYLE, W.P. (1986) "Applied Fluid Mechanics" McGraw Hill. * BOXER, W.P. (1994) "Mecánica de Fluidos" Addison-Wesley. * CABRERA, E., MARTÍNEZ, F. y ESPERT, V. (1988) "Exámenes de Mecánica de Fluidos" SPUPV. * DOUGLAS, J.F. y MATTHEWS, R.D. (1996) "Solving Problems in Fluid Mechanics" (2 vols.) Longman . * FOGIEL, M. (1983) "The Fluid Mechanics and Dynamics Problem Solver" R.E.A. * FRANCIS, J. y MINTON, P. (1968) "Problemas de Hidráulica y Mecánica de Fluidos" Urmo. * GILES, R. (1969) "Mecánica de los fluidos e Hidráulica" McGraw-Hill. * SHARPE, G.J. (1994) "Solving Problems in: Fluid Dynamics" Longman.
Bibliografía indexada: Última modificación: 22/11/2010 BÁSICA
CRESPO MARTíNEZ, ANTONIO "Mecánica de fluidos / Antonio Crespo Martínez" Madrid : Thomson, 2006 HERNáNDEZ RODRíGUEZ, JULIO "Problemas de mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas / Julio Hernández Rodríguez, Antonio Crespo Martínez" Madrid : Universidad Nacional de Educación a Distancia, 1996 WHITE "Mecánica de Fluidos" Mc Graw Hill COMPLEMENTARIA
KUNDU, PIJUSH K. "Fluid mechanics / Pijush K. Kundu" San Diego [etc.] : Academic Press, 1990 MUNSON, BRUCE R. "Fundamentals of fluid mechanics / Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi" New York [etc.] : John Wiley & Sons, 2005 (5th ed.) SHAMES, IRVING H. "Mecánica de fluidos / Irving H. Shames" Santafé de Bogotá [etc.] : MacGraw-Hill, 1995 (3ª ed.) BATCHELOR, G. K. "An introduction to fluid dynamics / by G.K. Batchelor" Cambridge [etc.] : Cambridge University Press, 2000 (Es reimpr. de la ed. de 1967) GERHART, PHILIP M. "Fundamentos de mecánica de fluidos / Philip M. Gerhart, Richard J. Gross, John I. Hochstein ; versión en español de Víctor Hugo del Valle Muñoz ; con la colaboración técnica de Gotzon Gangoiti Bengoa...[et al.]" Argentina [etc.] : AddisonWesley Iberoamericana, 1995 (2ª ed.) FOX, ROBERT W. "Introducción a la mecánica de fluidos / Robert W. Fox, Alan T. McDonald ; trad. Gabriel Nagore Cázares ; rev. técn. Raymundo López Callejas" México [etc.] : MacGraw-Hill, 1995 (2ª ed. (4ª ed. en inglés)) BARRERO RIPOLL, ANTONIO "Fundamentos y aplicaciones de la mecánica de fluidos / Antonio Barrero Ripoll, Miguel Pérez-Saborid Sánchez-Pastor" Madrid, [etc] : MacGraw-Hill, 2005 BRUN, E. A. "Mecánica de los fluidos. 2 / Brun, Mathieu Martinot-Lagarde" Barcelona : Labor, 1980 BRUN, E. A. "Mecánica de los fluidos. 1 / Brun, Mathieu Martinot-Lagarde" Barcelona : Labor, 1979 MASSEY, BERNARD STANFORD "Mechanics of fluids / Bernard Massey" Cheltenham : Stanley Thornes, 1998 (7th ed.) BOXER, G. "Mecánica de fluidos : cuadernos de trabajo / G. Boxer" Argentina [etc.] : Addison-Wesley Iberoamericana, 1994
DOUGLAS, JOHN F. "Solving problems in fluid mechanics. Volume 1 / J.F. Douglas and R.D. Matthews" Essex : Longman, 1996 (3rd ed.) DOUGLAS, JOHN F. "Solving problems in fluid mechanics. Volume 2 / J.F. Douglas and R.D. Matthews" Essex : Longman, 1996 (3rd ed.) J.R.D. FRANCIS Y P. MINTON "Problemas de hidráulica y mecánica de fluidos para estudiantes de ingeniería" Urmo, 1968 GILES, RANALD V. "Teoría y problemas de mecánica de los fluidos e hidráulica / Ronald V. Giles ; trad. y adapt. Jaime Moneva Moneva" México : MacGraw-Hill, s.a. (2ª ed.) Conocimientos previos recomendados: Se recomienda haber cursado Mecánica I y II, Ecuaciones Diferenciales I y simultanear con Termodinámica Técnica I. Material Necesario: Colección de problemas. Guiones de prácticas. Calculadora Asignaturas optativas o de libre configuración complementarias: Asignaturas complementarias futuras: Ingeniería de Fluidos. Turbomáquinas Hidráulicas.
Ficheros: 30/04/2009 11/05/2009 04/06/2009 04/06/2009 15/02/2010 15/02/2010 15/02/2011 04/03/2011
MFI_Segunda Sesion.pdf (Segunda Sesión de Prácticas) 1MFI_simplificada.pdf (Lección 15 Aspectos Generales de la MFC) TURBULENCIA Lecc18.pdf (Apuntes de turbulencia I) TURBULENCIA Lecc19.pdf (Apuntes de turbulencia II) MF1_primera sesion practicas.rar (Primera sesión prácticas) MF1_Practica-Elbow.rar (Practica simulación numérica) Problema 2.24.pdf (Problema 2.24) Problemas.rar (colección problemas)
