Guía docente de Física de Fluidos (26711E2)

Curso 2022/2023
Fecha de aprobación: 20/06/2022

Grado

Grado en Física

Rama

Ciencias

Módulo

Mecánica Analítica y Física de Fluidos

Materia

Física de Fluidos

Curso

4

Semestre

1

Créditos

6

Tipo

Optativa

Profesorado

Teórico

Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda. Grupo: A

Práctico

Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda Grupos: 1 y 2

Tutorías

Juan de Vicente Álvarez-Manzaneda

Email
  • Miércoles de 09:00 a 13:00 (Despacho 11)
  • Jueves de 11:30 a 13:30 (Despacho 11)

Prerrequisitos y/o Recomendaciones

Se recomienda haber cursado Mecánica y Ondas, Mecánica Analítica y de los Medios Continuos, Métodos Matemáticos II y Métodos Numéricos y Simulación.

Breve descripción de contenidos (Según memoria de verificación del Máster)

  • Leyes de conservación integrales y diferenciales.
  • Ecuaciones constitutivas.
  • Estática de fluidos.
  • Fluido ideal en movimiento estacionario y potencial.
  • Flujo compresible.
  • Fluido viscoso lineal en régimen laminar.
  • Flujos lentos: suspensiones.
  • Teoría de la capa límite.
  • Fluidos no Newtonianos.
  • Fluidos viscoelásticos.
  • Inestabilidades y turbulencias.
  • Ecuación de Reynolds y lubricación.

Competencias

Competencias Generales

  • CG01. Capacidad de análisis y síntesis
  • CG04. Conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio
  • CG06. Resolución de problemas
  • CG08. Razonamiento crítico

Competencias Específicas

  • CE01. Conocer y comprender los fenómenos y las teorías físicas más importantes.
  • CE05. Modelar fenómenos complejos, trasladando un problema físico al lenguaje matemático.
  • CE07. Trasmitir conocimientos de forma clara tanto en ámbitos docentes como no docentes.

Resultados de aprendizaje (Objetivos)

  • Comprender los conceptos generales de Física de Fluidos y resolución de problemas relacionados.
  • Conocer las ecuaciones constitutivas.
  • Manejo de las ecuaciones de Navier-Stokes.

Programa de contenidos Teóricos y Prácticos

Teórico

Temas:

  1. Introducción y conceptos básicos: condición de no deslizamiento, clasificación de los flujos, sistema y volumen de control.
  2. Propiedades de los fluidos: densidad y gravedad específica, presión de vapor, cavitación, calores específicos, compresibilidad, velocidad del sonido, viscosidad y tensión superficial.
  3. Estática de fluidos: presión, dispositivos de medición de presión, fuerzas hidrostáticas en superficies sumergidas, flotación, estabilidad y movimiento de sólido rígido.
  4. Cinemática de fluidos: descripción Lagrangiana y Euleriana, patrones de flujo, tensores cinemáticos, vorticidad, rotacionalidad y Teorema del Transporte de Reynolds.
  5. Ecuaciones de Bernoulli y de la energía: conservación de la masa, energía mecánica y eficiencia, ecuación de Bernoulli, ecuación general de la energía y análisis energético del flujo estacionario.
  6. Análisis de la cantidad de movimiento: ecuaciones de conservación del momento lineal y del momento angular.
  7. Análisis dimensional y modelado: homogeneidad dimensional, método de repetición de variables y Teorema de Pi de Buckingham.
  8. Flujo en tuberías: flujo laminar y turbulento, región de entrada, pérdidas menores y redes.
  9. Análisis diferencial: conservación de la masa, función corriente, ecuación de Cauchy y ecuación de Navier-Stokes.
  10. Ecuaciones de Navier-Stokes: ecuaciones adimensionalizadas de movimiento, flujo de Stokes, flujo invíscido, flujo irrotacional y Teoría de la Capa Límite (Ecuación de Blausius).
  11. Flujo externo: arrastre y sustentación, fricción y presión, coeficientes, cilindros, esferas y perfiles aerodinámicos.
  12. Flujo compresible: propiedades de estancamiento, flujo isentrópico unidimensional, toberas, ondas de choque, ondas de expansión, flujo de Rayleigh y flujo de Fanno.
  13. Flujo en canal abierto: clasificación, número de Froude, velocidad de onda, flujo uniforme, flujo de variación gradual, flujo de variación rápida y salto hidráulico.
  14. Fluidos no Newtonianos: flujos estándar, funciones materiales, experimentos, modelo de Fluido Newtoniano Generalizado, modelo de Fluido Viscoelástico Lineal Generalizado, ecuaciones constitutivas avanzadas y reometría.
  15. Dinámica de fluidos computacional: régimen laminar, turbulento, transferencia de calor, flujo compresible y flujo en canal abierto.

Seminarios/exposiciones:

  • Teoría de la variable compleja para el flujo potencial: Teorema del círculo de Milne-Thomson. Teorema de Blausius. Representación conforme. Transformación de Kutta-Joukowski.
  • Teoría de lubricación: Regímenes de lubricación Iso(Piezo)viscosa Elástica(Rígida) (IE, PE, IR y PR). Ecuación de Reynolds.
  • Microhidrodinámica y reología de suspensiones: Teoremas del flujo de Stokes. Fuerza, torque y stresslet. Leyes de Faxén. Interacciones a pares. Sedimentación, cizalla e inercia.
  • Inestabilidades: Problema de Bénard. Inestabilidad por difusión. Problema de Taylor. Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz.
  • Turbulencias: Promedios, correlaciones y espectros. Ecuaciones del movimiento promediadas. Flujo de cizalla libre. Flujo de cizalla confinado. Teoría de Taylor de la turbulencia.

Práctico

Prácticas de simulación CFD:

  • Flujo interno en tuberías
  • Flujo externo alrededor de un cilindro
  • Perfil aerodinámico
  • Convección térmica sobre una placa plana
  • Flujo en una expansión

Prácticas de laboratorio:

  • Análisis de un vertedero
  • Medida de la tixotropía
  • Impacto de chorros sobre superficies
  • Tobera convergente-divergente

Bibliografía

Bibliografía fundamental

  • A. Molina, J. de Vicente. “Física de Fluidos”. Universidad de Granada. 2018.
  • B. K. Shivamoggi. “Theoretical Fluid Dynamics”. Wiley Interscience. 1998.
  • D. Pnueli, C. Gutfinger. “Fluid Mechanics”. Cambridge University Press. 1997.
  • J. A. Liggett. “Fluid Mechanics”. Mc Graw Hill. 1994.
  • P. J. Kundu. “Fluid Mechanics”. Academic Press. 1990.
  • S. C. Hunter. “Mechanics of Continuous Media”. Ellis-Horwood Limited. 1983.
  • L. I. Sedov. “A course in Continuum Mechanics. Vol. III”. Wolters-Noordhoff. 1972.

Enlaces recomendados

Metodología docente

  • MD01. Lección magistral/expositiva 

Evaluación (instrumentos de evaluación, criterios de evaluación y porcentaje sobre la calificación final)

Evaluación Ordinaria

La evaluación continua consta de:

  1. Exámenes (cuestiones teóricas, demostraciones y resolución de problemas): 60%
  2. Prácticas (realización e informe): 25%
  3. Participación y exposiciones: 15%

Para aprobar la asignatura será necesario obtener en a) una nota igual o superior a 4 sobre 10.

Evaluación Extraordinaria

Consistirá en un único examen con dos partes: teoría y problemas (85%) y prácticas* (15%)

*No es necesario presentarse a la parte de prácticas si se superaron previamente (la calificación se conserva).

Evaluación única final

Según se recoge en la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada, aprobada por Consejo de Gobierno en sesión extraordinaria de 20 de mayo de 2013 y modificada por Acuerdo del Consejo de Gobierno en sesión de 26 de octubre de 2016, BOUGR núm. 112, de 9 de noviembre de 2016, podrán acogerse a esta modalidad de evaluación los estudiantes que cumplan las condiciones necesarias y lo soliciten en tiempo y forma (véase el artículo 8 de la citada normativa).

Esta modalidad de evaluación constará de un único examen con dos partes:

  • Teoría y problemas (85%)
  • Prácticas* (15%)

*No es necesario presentarse a la parte de prácticas si se superaron previamente (la calificación se conserva).