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Planilla de Actividades Curriculares
Código: A1015
Mecánica de los Fluidos II
Última Actualización de la Asignatura: 09/09/2024
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Descargar Planilla N°2 [PDF]CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA
| Carrera | Plan | Carácter | Cantidad de Semanas | Año | Semestre |
|---|---|---|---|---|---|
| 03009AE - Ingeniería Aeroespacial | 2018 | Obligatoria |
Totales:
21
Clases:
16
Evaluaciones:
5
|
4to |
7º - |
CORRELATIVIDADES
INFORMACIÓN GENERAL
PLANTEL DOCENTE
OBJETIVOS
Los objetivos de la materia son ampliar los conocimientos adquiridos en Mecánica de los Fluidos I y profundizar los conocimientos teóricos, de métodos de cálculo y metodología experimental en temas específicos de Mecánica de los Fluidos particularmente importantes para el Ingeniero Aeronáutico, como son la teoría de capa límite, la transición laminar-turbulenta, la caracterización de flujos turbulentos y el flujo compresible de gases, subsónico y supersónico.
PROGRAMA SINTÉTICO
Turbulencia. Capa límite laminar y turbulenta, sin y con gradiente de presión. Desprendimiento. Resistencia aerodinámica. Metodologías experimentales. Flujos compresibles isoentrópicos y no-isoentrópicos; subsónicos,
transónicos y supersónicos, uni- y bidimensionales. Ondas de choque normales y oblicuas. Expansión. Difusores.
Flujos libres. Formulación de modelos físicos y matemáticos.
PROGRAMA ANALÍTICO
Año: 2025, semestre: 1
Vigencia: 31/12/2022 - Actualidad
AÑO DE APROBACIÓN:2017 Unidad 1. Turbulencia.
Inestabilidades fluidodinámicas y transición laminar-turbulenta. Ecuación de difusión de vorticidad y mecanismos de iniciación de la turbulencia. Descomposición de Reynolds. Ecuaciones de conservación promediadas para flujo turbulento: conservación de masa, de cantidad de movimiento y de energía. Tensiones de Reynolds. Problema de clausura.
Unidad 2. Correlaciones en flujo turbulento.
Funciones de correlación doble de velocidades. Autocorrelación. Teorías semiempíricas: longitud de mezcla de Prandtl, viscosidad de remolino. Turbulencia homogénea e isótropa. Espectro turbulento unidimensional. Escala integral, microescala. Flujos turbulentos de pared. Análisis experimental de flujos turbulentos.
Unidad 3: La capa límite.
Ecuaciones de conservación para la capa límite laminar. Transición laminar-turbulenta en la capa límite. Ecuaciones de la capa límite turbulenta. Capa límite de placa plana sin y con gradiente de presión. Ecuación integral para la capa límite. Túnel de viento de capa límite.
Unidad 4: Capas límites sobre cuerpos de diferentes formas.
Fenómenos de transición, desprendimiento, relaminarización y readherencia. Configuraciones con fenómenos laminares, turbulentos, con recirculación, zonas de generación, crecimiento y emisión de remolinos, interacciones del flujo. Resistencia aerodinámica: cuerpos romos y cuerpos aerodinámicos.
Unidad 5. Flujos compresibles.
Introducción al flujo compresible. Velocidad del sonido y número de Mach. Conceptos de flujo supersónico. Cono de Mach. Flujo isoentrópico unidimensional de gases perfectos con cambio de área. Bloqueo sónico. Aplicación: empuje de un motor cohete.
Unidad 6: Flujos no isoentrópicos.
Flujo unidimensional compresible adiabático con fricción. Curvas de Fanno. Bloqueo por fricción. Flujo unidimensional compresible con intercambio de calor. Curvas de Rayleigh. Bloqueo por adición de calor.
Rendimiento adiabático de tobera y difusor.
Unidad 7: Onda de choque normal.
Ecuaciones de Rankine-Hugoniot. Tobera de Laval. Tobera adaptada, subexpandida y sobreexpandida. Ondas de choque oblicuas. Ondas fuertes y débiles. Polar de choque. Interacción y “rebote” de ondas. Capa de corte.
Unidad 8: Flujo isoentrópico bidimensional.
Expansión de Prandtl-Meyer. Método de las características. Polar de velocidades. Interacciones de ondas de choque y de expansión. Perfil diamante. Chorros supersónicos.
Vigencia: 31/12/2022 - Actualidad
AÑO DE APROBACIÓN:2017 Unidad 1. Turbulencia.
Inestabilidades fluidodinámicas y transición laminar-turbulenta. Ecuación de difusión de vorticidad y mecanismos de iniciación de la turbulencia. Descomposición de Reynolds. Ecuaciones de conservación promediadas para flujo turbulento: conservación de masa, de cantidad de movimiento y de energía. Tensiones de Reynolds. Problema de clausura.
Unidad 2. Correlaciones en flujo turbulento.
Funciones de correlación doble de velocidades. Autocorrelación. Teorías semiempíricas: longitud de mezcla de Prandtl, viscosidad de remolino. Turbulencia homogénea e isótropa. Espectro turbulento unidimensional. Escala integral, microescala. Flujos turbulentos de pared. Análisis experimental de flujos turbulentos.
Unidad 3: La capa límite.
Ecuaciones de conservación para la capa límite laminar. Transición laminar-turbulenta en la capa límite. Ecuaciones de la capa límite turbulenta. Capa límite de placa plana sin y con gradiente de presión. Ecuación integral para la capa límite. Túnel de viento de capa límite.
Unidad 4: Capas límites sobre cuerpos de diferentes formas.
Fenómenos de transición, desprendimiento, relaminarización y readherencia. Configuraciones con fenómenos laminares, turbulentos, con recirculación, zonas de generación, crecimiento y emisión de remolinos, interacciones del flujo. Resistencia aerodinámica: cuerpos romos y cuerpos aerodinámicos.
Unidad 5. Flujos compresibles.
Introducción al flujo compresible. Velocidad del sonido y número de Mach. Conceptos de flujo supersónico. Cono de Mach. Flujo isoentrópico unidimensional de gases perfectos con cambio de área. Bloqueo sónico. Aplicación: empuje de un motor cohete.
Unidad 6: Flujos no isoentrópicos.
Flujo unidimensional compresible adiabático con fricción. Curvas de Fanno. Bloqueo por fricción. Flujo unidimensional compresible con intercambio de calor. Curvas de Rayleigh. Bloqueo por adición de calor.
Rendimiento adiabático de tobera y difusor.
Unidad 7: Onda de choque normal.
Ecuaciones de Rankine-Hugoniot. Tobera de Laval. Tobera adaptada, subexpandida y sobreexpandida. Ondas de choque oblicuas. Ondas fuertes y débiles. Polar de choque. Interacción y “rebote” de ondas. Capa de corte.
Unidad 8: Flujo isoentrópico bidimensional.
Expansión de Prandtl-Meyer. Método de las características. Polar de velocidades. Interacciones de ondas de choque y de expansión. Perfil diamante. Chorros supersónicos.
BIBLIOGRAFÍA
Año: 2025, semestre: 1
Vigencia: 31/12/2022 - Actualidad
1) Schlichting, Hermann: TEORÍA DE LA CAPA LÍMITE (1972). Ed. URMO 2) Hinze, J.O.: TURBULENCE (1975).
3) Tennekes H y Lumley J: A FIRST COURSE IN TURBULENCE, (1972), MIT Press 4) Shapiro, Ascher: THE DYNAMICS AND THERMODYNAMICS OF COMPRESSIBLE FLUID FLOW,
Vol. 1 (1953). The Ronald Press Co.
5) Saad M.: COMPRESSIBLE FLUID FLOW 2nd. ed. (1992), Prentice-Hall 6) White, F. MECÁNICA DE LOS FLUIDOS, 5ta. Ed (2004), McGraw-Hill La se encuentra disponible en la Biblioteca de la Facultad y en la de la cátedra.
Vigencia: 31/12/2022 - Actualidad
1) Schlichting, Hermann: TEORÍA DE LA CAPA LÍMITE (1972). Ed. URMO 2) Hinze, J.O.: TURBULENCE (1975).
3) Tennekes H y Lumley J: A FIRST COURSE IN TURBULENCE, (1972), MIT Press 4) Shapiro, Ascher: THE DYNAMICS AND THERMODYNAMICS OF COMPRESSIBLE FLUID FLOW,
Vol. 1 (1953). The Ronald Press Co.
5) Saad M.: COMPRESSIBLE FLUID FLOW 2nd. ed. (1992), Prentice-Hall 6) White, F. MECÁNICA DE LOS FLUIDOS, 5ta. Ed (2004), McGraw-Hill La se encuentra disponible en la Biblioteca de la Facultad y en la de la cátedra.
ACTIVIDADES PRÁCTICAS
La materia incluye diez trabajos prácticos de resolución de problemas de confección individual, dos trabajos prácticos de laboratorio (el primero integrado con el TP 1), con informes de grupos de dos alumnos, y un proyecto integrador de conceptos de Mecánica de Fluidos I y II: “Diseño, construcción y ensayo de un cohete de agua”, a realizar en grupos de hasta cuatro integrantes. Todas estas actividades tienen carácter de obligatorias.
Las son:
1) TP 1 y Laboratorio 1: Estudio experimental por anemometría de hilo caliente y análisis de datos de flujos turbulentos.
2) TP 2: Flujo turbulento en conductos, flujo turbulento de pared.
3) TP 3: Capa límite sin gradiente de presión (laminar y turbulenta)
4) TP 4: Capa límite con gradiente de presión (laminar y turbulenta)
5) Laboratorio 2: Determinación experimental de coeficiente de resistencia de un cuerpo romo.
6) TP 5: Flujo compresible isoentrópico 7) TP 6: Onda de choque normal 8) TP 7: Flujo de Fanno y Flujo de Rayleigh 9) TP 8: Onda de choque oblicua.
10) TP 9: Perfil diamante y tobera subexpandida bidimensional.
En días y horarios a acordar en función de las posibilidades del cronograma y la coordinación con otras cátedras, se realizan las relacionadas al proyecto integrador:
11) Determinación experimental de la curva empuje vs tiempo del cohete de agua (cada grupo obtiene la curva de su propio cohete).
12) Lanzamiento del cohete de agua
Las son:
1) TP 1 y Laboratorio 1: Estudio experimental por anemometría de hilo caliente y análisis de datos de flujos turbulentos.
2) TP 2: Flujo turbulento en conductos, flujo turbulento de pared.
3) TP 3: Capa límite sin gradiente de presión (laminar y turbulenta)
4) TP 4: Capa límite con gradiente de presión (laminar y turbulenta)
5) Laboratorio 2: Determinación experimental de coeficiente de resistencia de un cuerpo romo.
6) TP 5: Flujo compresible isoentrópico 7) TP 6: Onda de choque normal 8) TP 7: Flujo de Fanno y Flujo de Rayleigh 9) TP 8: Onda de choque oblicua.
10) TP 9: Perfil diamante y tobera subexpandida bidimensional.
En días y horarios a acordar en función de las posibilidades del cronograma y la coordinación con otras cátedras, se realizan las relacionadas al proyecto integrador:
11) Determinación experimental de la curva empuje vs tiempo del cohete de agua (cada grupo obtiene la curva de su propio cohete).
12) Lanzamiento del cohete de agua
METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA
Las clases se desarrollarán de acuerdo al siguiente esquema:- Dos clases teóricas semanales de 2 hs cada una.- Una clase semanal teórico-práctica de 2 hs.- Dos trabajos de laboratorio (actividades prácticas) de 2 hs (promedio) de duración cada uno, en horario de la clase teórico práctica, o a determinar en función de la disponibilidad de infraestructura e instrumental. Una clase de presentación del proyecto integrador, una jornada de prueba de empuje de cohetes de agua y una jornada de lanzamiento de los mismos.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
El curso se aprobará con dos evaluaciones teórico-prácticas escritas de carácter individual y la aprobación de informes de todas las prácticas, trabajos de laboratorio y el proyecto de diseño. Se otorgará promoción con la aprobación de los informes y promedio 6 o más en las evaluaciones escritas, para cada una de las cuales se prevé una fecha y un recuperatorio, además de una evaluación “flotante” sobre el final del cuatrimestre como recuperatorio adicional de una de las dos evaluaciones. En caso de aprobar con promedio mayor o igual a 4 pero menor a 6, se aprobará la cursada, debiendo rendirse el examen final en las fechas previstas por la Facultad.
MATERIAL DIDÁCTICO
· Guías de trabajos prácticos y trabajos de laboratorio.
· Reglamento de Proyecto Integrador.
· Clases teóricas y ejemplos de cálculo de todos los temas, disponibles en pdf en las aulas virtuales de dictado de la materia.
· Aproximadamente 100 clases teóricas y ejemplos de cálculo en videos desarrollados por la cátedra,
accesibles en el canal de YouTube “Área Fluidodinámica FI-UNLP”, para las asignaturas Mecánica de los Fluidos I y Mecánica de los Fluidos II.
· Reglamento de Proyecto Integrador.
· Clases teóricas y ejemplos de cálculo de todos los temas, disponibles en pdf en las aulas virtuales de dictado de la materia.
· Aproximadamente 100 clases teóricas y ejemplos de cálculo en videos desarrollados por la cátedra,
accesibles en el canal de YouTube “Área Fluidodinámica FI-UNLP”, para las asignaturas Mecánica de los Fluidos I y Mecánica de los Fluidos II.