-- JavierGonzalez - 18 Jan 2024

Programa de Doctorado en Ingeniería

Universidad Nacional del Litoral, Argentina

Curso

Mecánica de Fluidos

Responsables:

Gustavo Ríos Rodriguez ( gusaddr(at)santafe-conicet(dot)gob(dot)ar)

Objetivos

El curso está orientado a proveer una base común en transferencia de cantidad de movimiento para alumnos provenientes de distintas carreras de Ingeniería. El núcleo del curso reside en el estudio de flujos de fluidos Newtonianos. La ecuación de Navier-Stokes es analizada en detalle; en particular, los casos límite de bajos y altos números de Reynolds que se traducen en flujos reptantes por un lado, y por el otro, en flujo potencial (solución externa) y capa límite (solución interna). Se enfatizan los principios gobernantes más que la práctica ingenieril; sin embargo, también se hace uso de balances macroscópicos para obtener soluciones aproximadas.

Contenido

Unidad 1. Introducción. Vectores, tensores y elementos de cálculo vectorial.

Unidad 2. Estática. Principios de la mecánica. Sistemas no inerciales. Estática de fluidos. Tensión superficial.

Unidad 3. Cinemática. Ecuaciones de transporte. Teorema del Transporte de Reynolds. Ecuaciones integrales y diferenciales. Tensor de tensiones y tensor de deformaciones.

Unidad 4. Dinámica. Ecuación del movimiento. Fluido Newtoniano. Ecuación de NavierStokes. Vorticidad. Flujo irrotacional. Ecuaciones de la energía y entropía.

Unidad 5. Adimensionalización de las ecuaciones de Navier Stokes. Casos particulares y números adimensionales significativos. Flujos viscosos y flujos a altos números de Reynolds. Flujos unidimensionales. Soluciones de similaridad. Flujos cuasiunidimensionales.

Unidad 6. Turbulencia.

Unidad 7. Flujos alrededor de cuerpos sumergidos. Capa límite laminar. Solución de Blasius. Método de Karman y Pholhausen. Capa límite turbulenta.

Unidad 8. Ondas superficiales. Teoría de ondas de pequeña amplitud. Trayectoria de partículas.

Actividades Prácticas

Se resolverán, principalmente, ejercicios relacionados con los temas desarrollados en la teoría. La resolución de dichos problemas será complementada con la de problemas puntuales mediante software free open source de CFD (por Computational Fluid Dynamics) como son OpenFoam (https://www.openfoam.com/) o Code_Saturne (https://www.code-saturne.org/cms/web/Aboutcodesaturne), basados ambos en el método de volúmenes finitos. El objetivo es introducir y familiarizar a los alumnos con el uso de dichas herramientas computacionales sin profundizar en los aspectos teóricos del método de volúmenes finitos ni en los detalles de implementación del mismo, lo cual corresponde claramente a cursos específicos de CFD.

Carga Horaria y Modalidad de Dictado

Dictado de clases teóricas: Presencial online - 40hs

Dictado de clases prácticas: Presencial online - 35hs

Bibliografía

Kundu, P.K. and Cohen, M.I., Fluid Mechanics, 6th Edition, Academic Press in an imprint of Elsevier, 2016.

Schlichting, H. and Gersten, K., Boundary Layer Theory, 9th Edition, Springer – Verlag, 2017.

Dean, R. and Dalrymple, R., Water Wave Mechanics for Engineers and Scientists, 2nd Edition, Advanced Series on Ocean Engineering, World Scientific, 1991.

Durst, F., Fluid Mechanics – An Introduction to the Theory of Fluid Flows, Springer – Verlag Berlin Heidelberg, 2008.

Kleinstreuer, C., Modern Fluid Dynamics, CRC Press – Taylor & Francis, 2018.

White, F.M., Fluid Mechanics, 7th Edition, McGraw Hill Series in Mechanical Engineering, 2011.

White, F.M., Viscous Fluid Flow, 3rd Edition, McGraw Hill Series in Mechanical Engineering, 2005.