Universidad de Valladolid 12 de julio de 2011

Ficha Asignatura

Curso Académico 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

Descriptor:Esta asignatura constituye la primera toma de contacto del estudiante con la Mecánica de Fluidos. En ella se establecen los principiosbásicos que rigen el comportamiento de los fluidos y se estudian difrentes tipos de flujos. Esto permite al estudiante desarrrollar sucomprensión 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 con viscosidad dominante y movimientos 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 DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS

V ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA

VI MOVIMIENTOS CON VISCOSIDAD DOMINANTE

VII TURBULENCIA

VIII INTRODUCCIÓN A LA MFC.

Programa de Teoría:

I PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOSLECCIÓN 1ª Características fundamentales de los fluidosLa 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 transporteIntroducción.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 FLUIDOSLECCIÓN 3ª Descripción del campo fluidoEspecificación 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.LECCIÓN 4ª Análisis del movimiento relativo en el entorno de un puntoVelocidades en el entorno de un punto. Tensor gradiente de velocidad.Tensor de velocidades de deformación. Interpretación física. DivergenciaTensor de rotación. Interpretación física. Vorticidad.Movimientos irrotacionales. Función potencialFunción de corriente.

III ESTÁTICA DE FLUIDOSLECCIÓN 5ª Fuerzas sobre fluidosFuerzas 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 FluidostáticaEcuación general de la fluidoestática.Potencial de fuerzas másicas.Superficies equipotenciales.Condición de equilibrio. Atmósfera estratificada.Estabilidad.Principio de Arquímedes generalizado.LECCIÓN 7ª HidrostáticaEcuación de la Hidrostática.Cálculo de fuerzas sobre superficies.Equilibrio de cuerpos sumergidos y flotantes.Efectos de subpresión.LECCIÓN 8ª Fenómeno de tensión superficial

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MECANICA DE FLUIDOS I - Curso 2010-11

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 FLUIDOSLECCIÓN 9ª Derivadas temporales de integrales extendidas a volúmenes fluidosVolúmenes fluidos y de control.Teorema de Transporte de Reynolds.LECCIÓN 10ª Ecuación de continuidadEcuación 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 integralForma 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 diferencialForma 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 energíaPrimer 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. RendimientoLECCIÓN 14ª Resumen y discusión de las ecuaciones de la mecánica de fluidosConsideraciones 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 SEMEJANZALECCIÓN 16ª Análisis dimensional. SemejanzaIntroducción.Principio de homogeneidad dimensional.Adimensionalización de una ecuación.Teorema π o de Vaschy-Buckingham. Ejemplos.Parámetros adimensionales más característicos. Significado físico.Fenómenos físicamente semejantes. Semejanza parcial.

VI MOVIMIENTOS CON VISCOSIDAD DOMINANTELECCIÓN 17ª Movimientos unidireccionales de líquidosEcuaciones del movimiento.Condiciones iniciales y de contorno.Movimientos estacionarios.Corriente de Couette.Corriente de Hagen-Poiseuille.Flujo en conductos.LECCIÓN 18ª Movimiento laminar estacionario de líquidos en conductosCondiciones 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 TURBULENCIALECCIÓN 19ª Introducción al movimiento turbulentoIntroducción.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 turbulentoConcepto 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 SESIÓNCalibración de un manómetroEquilibrio de un cuerpo flotantePresiones superficie sumergida

SEGUNDA SESIÓN

Medida de CaudalViscosímetro/Couette-TaylorExperimento 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. ObligatoriasResolución 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 cadacapítulo, aparte de los ejemplos intercalados en el texto teórico. A continuación se van a reseñar publicaciones dedicadas únicamente a laproposición 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: 22/11/2010BÁSICA

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.] : Addison-

Wesley 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, 1968GILES, 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 MFI_Segunda Sesion.pdf (Segunda Sesión de Prácticas)11/05/2009 1MFI_simplificada.pdf (Lección 15 Aspectos Generales de la MFC)04/06/2009 TURBULENCIA Lecc18.pdf (Apuntes de turbulencia I)04/06/2009 TURBULENCIA Lecc19.pdf (Apuntes de turbulencia II)15/02/2010 MF1_primera sesion practicas.rar (Primera sesión prácticas)15/02/2010 MF1_Practica-Elbow.rar (Practica simulación numérica)15/02/2011 Problema 2.24.pdf (Problema 2.24)04/03/2011 Problemas.rar (colección problemas)