Mecánica de fluidos

Algunos conceptos básicos

Prof. Miguel Angel Morales Cabrera

20 de Febrero de 2009

Mecánica de fluidos

Es la parte de la física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento.

- Estática de fluidos o hidrostática

- Dinámica de fluidos

* Hidrodinámica

* Aerodinámica

Fluido

Es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo de corte o tangencial.

Líquidos y Gases.

Algunas propiedades de los fluidos

Masa específica Viscosidad

Peso específico Compresibilidad

Densidad Presión

Clasificación de los fluidos

Fluidos NewtonianosUn fluido Newtoniano es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es directamente proporcional al esfuerzo aplicado.

Fluidos no NewtonianosLos fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no Newtonianos.

Dinámica de fluidos

Esta rama de la mecánica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento. Modelos matemáticos del comportamiento de los fluidos.

Clasificación de flujos

Flujo turbulento Flujo permanente

Flujo laminar Flujo no permanente

Flujo incompresible Flujo compresible

Flujo no uniforme Flujo ideal

Flujo uni, bidi y tridimensional

Hidrodinámica

Flujo de líquidos y gases a baja velocidad. Fluidos incompresibles.

* Flujos incompresibles y sin rozamiento: fluidos ideales  

(Ecuaciones de Euler)

Cumplen el teorema de Bernoulli

*Flujos viscosos: movimiento laminar y turbulento

(Ecuaciones de Navier-Stokes)

La complejidad de los flujos viscosos, y en particular de los flujos turbulentos, restringió en gran medida los avances en la dinámica de fluidos.

Ludwig Prandtl (1904). Separación de flujos en dos regiones principales.

*Región próxima a la superficie donde se concentran los efectos viscosos y en la que puede simplificarse mucho el modelo matemático (Navier-Stokes).

*Fuera de esa región, se pueden despreciar los efectos de la viscosidad, y pueden emplearse las ecuaciones matemáticas más sencillas para flujos no viscosos (Euler).

Capa límite

Aplicación más representativa

sustentación

arrastreempuje

peso

¿Qué es la capa límite?

*Es la distancia desde la pared hasta donde la velocidad del fluido es igual al 99% de la velocidad de la corriente libre.

*Es la región donde sienten intensamente los efectos de la viscosidad y rozamiento aunque sea pequeña, ya que el gradiente de velocidades es grande. La resistencia a la deformación debida a la viscosidad tiene lugar, en todo el seno del fluido real; pero la viscosidad es despreciable y solo tiene importancia en una película fina cerca de la superficie.

¿En que afecta la capa límite los flujos?

Flujo potencial

El modelo de la capa límite no sólo permitió una formulación mucho más simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en la región próxima a la superficie del cuerpo, sino que llevó a nuevos avances en la teoría del flujo de fluidos no viscosos, que pueden aplicarse fuera de la capa límite.

Aerodinámica o dinámica de gases

Estudia el comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes, y es necesario incluir los efectos de compresibilidad.