Guía docente de la asignatura

Física de Fluidos

Curso 2021 / 2022
Fecha última actualización: 21/06/2021
Fecha de aprobación: 21/06/2021

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

Teoría

  • Juan De Vicente Álvarez-Manzaneda. Grupos: A

Prácticas

  • Juan De Vicente Álvarez-Manzaneda. Grupos: 1 y 2

Tutorías

Juan De Vicente Álvarez-Manzaneda

jvicente@ugr.es
  • Jueves de 12:00 a 14:00 (Despacho 11)
  • Lunes de 12:00 a 14:00 (Despacho 11)
  • Martes de 12:00 a 14:00 (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 Grado)

  • 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 asociadas a materia/asignatura

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
  • MD03 Resolución de problemas
  • MD04 Prácticas de laboratorio
  • MD06 Prácticas en sala de informática
  • MD07 Seminarios y/o exposición de trabajos
  • MD09 Análisis de fuentes y documentos

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).

Información adicional

ESCENARIO A (ENSEÑANZA-APRENDIZAJE PRESENCIAL Y TELE-PRESENCIAL)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Pulse el siguiente enlace para consultar lugar y horario de tutorías:

http://fisicaaplicada.ugr.es/pages/profesorado

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Se atenderían mediante alguna de las siguientes herramientas:

  • Correo electrónico
  • Tutorías individuales mediante videoconferencia síncrona con la herramienta Meet de Google. Tendrían lugar previa petición del estudiante.
  • Tutorías colectivas presenciales o mediante videoconferencia síncrona con la herramienta Meet de Google.

Medidas de adaptación de la evaluación (Instrumentos, criterios y porcentajes sobre la calificación)

La proporción entre clases virtuales y presenciales sería la que, en su momento, acordase el Equipo de Gobierno de la Facultad de Ciencias.

Clases virtuales: En ellas se concentraría la enseñanza de índole teórica. Se impartirían utilizando las plataformas autorizadas por la UGR (p. ej. Google Meet, Prado, Consigna UGR y Google Drive) a través del correo institucional o de la cuenta “@go.ugr”. Estas podrían verse modificadas si las instrucciones de la UGR al respecto cambiasen durante el curso.

 La metodología docente incluiría:

  • Videoconferencias síncronas: clases por videoconferencia en el horario de impartición de la asignatura. El enlace a la clase se proporcionaría a los alumnos a través de la plataforma Prado.
  • Clases grabadas: el profesor proporcionaría, a través de la plataforma Prado, un enlace a la clase grabada, compartida por Google Drive y que se complementaría con actuaciones de seguimiento y retorno formativo específicas para ese fin (p. ej. tutorías, tareas, entregas, …).
  • Material extra: el profesor proporcionaría, a través de la plataforma Prado, Consigna UGR y/o Google Drive, apuntes, ejemplos y soluciones de problemas.
  • Seminarios: el profesor impartiría a modo de seminario algunos de los contenidos más importantes del tema tratado.

Clases presenciales: se primaría la impartición de problemas, resolución de dudas, realización de exámenes y prácticas de laboratorio.

Si no fuera posible mantener la distancia de seguridad en el laboratorio, las prácticas a realizar serían exclusivamente de simulación CFD. Dichas prácticas se realizarían en dos salas de ordenadores contiguas (O21 y O22) utilizando cada alumno un ordenador diferente y manteniendo la distancia de seguridad. En caso de que tampoco fuera posible realizar las prácticas de simulación de forma presencial, se reduciría el número de prácticas y se emplearía Software Libre como herramienta de trabajo (p. ej. OpenFOAM).

Evaluación ordinaria

Los exámenes tendrían lugar, si la situación lo permitiera, de forma presencial. Si no fuese posible, los exámenes se plantearían como entregas secuenciadas de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.

Evaluación extraordinaria

El examen tendría lugar, si la situación lo permitiera, de forma presencial. Si no fuese posible, el examen se plantearía como una entrega secuenciada de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.

Evaluación única final

El examen tendría lugar, si la situación lo permitiera, de forma presencial. Si no fuese posible, el examen se plantearía como una entrega secuenciada de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.

ESCENARIO B (SUSPENSIÓN DE LA ACTIVIDAD PRESENCIAL)

Horario (Según lo establecido en el POD)

Pulse el siguiente enlace para consultar lugar y horario de tutorías:

http://fisicaaplicada.ugr.es/pages/profesorado

Herramientas para la atención tutorial (Indicar medios telemáticos para la atención tutorial)

Se atenderían mediante alguna de las siguientes herramientas:

  • Correo electrónico
  • Tutorías individuales mediante videoconferencia síncrona con la herramienta Meet de Google. Tendrían lugar previa petición del estudiante.
  • Tutorías colectivas presenciales o mediante videoconferencia síncrona con la herramienta Meet de Google.

Medidas de adaptación de la evaluación (Instrumentos, criterios y porcentajes sobre la calificación)

Se impartirían clases utilizando las plataformas autorizadas por la UGR (p. ej. Google Meet, Prado, Consigna UGR y Google Drive) a través del correo institucional o de la cuenta “@go.ugr”. Estas podrían verse modificadas si las instrucciones de la UGR al respecto cambiasen durante el curso.

La metodología docente incluiría:

  • Videoconferencias síncronas: clases por videoconferencia en el horario de impartición de la asignatura. El enlace a la clase se proporcionaría a los alumnos a través de la plataforma Prado.
  • Clases grabadas: el profesor proporcionaría, a través de la plataforma Prado, un enlace a la clase grabada, compartida por Google Drive y que se complementaría con actuaciones de seguimiento y retorno formativo específicas para ese fin (p. ej. tutorías, tareas, entregas, …).
  • Material extra: el profesor proporcionaría, a través de la plataforma Prado, Consigna UGR y/o Google Drive, apuntes, ejemplos y soluciones de problemas.
  • Seminarios: el profesor impartiría a modo de seminario algunos de los contenidos más importantes del tema tratado.
  • Prácticas: se reduciría el número de prácticas y se emplearía Software Libre como herramienta de trabajo (p. ej. OpenFOAM). Se realizarían cinco sesiones virtuales en el horario de impartición de las prácticas. En estas sesiones el profesor proporcionaría los datos de entrada en la simulación y daría las indicaciones oportunas para su realización y la elaboración de los informes.

Evaluación ordinaria

Los exámenes se plantearían como entregas secuenciadas de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.

Evaluación extraordinaria

El examen se plantearía como una entrega secuenciada de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.

Evaluación única final

El examen se plantearía como una entrega secuenciada de respuestas y soluciones de problemas que se realizarían a través de la plataforma Prado Examen, Google Meet, siempre siguiendo las instrucciones que dictase la UGR en su momento.

Se mantendría lo descrito para el escenario presencial en cuanto a INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN, CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y PORCENTAJE SOBRE LA CALIFICACIÓN FINAL.