Guía docente de Física de Fluidos (26711E2)
Grado
Rama
Módulo
Materia
Year of study
Semestre
ECTS Credits
Tipo
Profesorado
Teórico
Práctico
Prerrequisitos y/o Recomendaciones
Aunque no es un requisito imprescindible para cursar la asignatura, se recomienda haber cursado Mecánica y Ondas, Mecánica Analítica y de los Medios Continuos, Métodos Matemáticos II y Métodos Numéricos y Simulación.
En el caso de utilizar herramientas de IA para el desarrollo de la asignatura, el estudiante debe adoptar un uso ético y responsable de las mismas. Se deben seguir las recomendaciones contenidas en el documento de "Recomendaciones para el uso de la inteligencia artificial en la UGR" publicado en esta ubicación: https://ceprud.ugr.es/formacion-tic/inteligencia-artificial/recomendaciones-ia#contenido0
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:
- Introducción y conceptos básicos: condición de no deslizamiento, clasificación de los flujos, sistema y volumen de control.
- Propiedades de los fluidos: densidad y gravedad específica, presión de vapor, cavitación, calores específicos, compresibilidad, velocidad del sonido, viscosidad y tensión superficial.
- Estática de fluidos: presión, dispositivos de medición de presión, fuerzas hidrostáticas en superficies sumergidas, flotación, estabilidad y movimiento de sólido rígido.
- Cinemática de fluidos: descripción Lagrangiana y Euleriana, patrones de flujo, tensores cinemáticos, vorticidad, rotacionalidad y Teorema del Transporte de Reynolds.
- 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.
- Análisis de la cantidad de movimiento: ecuaciones de conservación del momento lineal y del momento angular.
- Análisis dimensional y modelado: homogeneidad dimensional, método de repetición de variables y Teorema de Pi de Buckingham.
- Flujo en tuberías: flujo laminar y turbulento, región de entrada, pérdidas menores y redes.
- Análisis diferencial: conservación de la masa, función corriente, ecuación de Cauchy y ecuación de Navier-Stokes.
- Ecuaciones de Navier-Stokes: ecuaciones adimensionalizadas de movimiento, flujo de Stokes, flujo invíscido, flujo irrotacional y Teoría de la Capa Límite (Ecuación de Blausius).
- Flujo externo: arrastre y sustentación, fricción y presión, coeficientes, cilindros, esferas y perfiles aerodinámicos.
- Flujo compresible: propiedades de estancamiento, flujo isentrópico unidimensional, toberas, ondas de choque, ondas de expansión, flujo de Rayleigh y flujo de Fanno.
- Flujo en canal abierto: clasificación, número de Froude, velocidad de onda, flujo uniforme, flujo de variación gradual, flujo de variación rápida y salto hidráulico.
- Fluidos no Newtonianos: flujos estándar, funciones materiales, experimentos, modelo de Fluido Newtoniano Generalizado, modelo de Fluido Viscoelástico Lineal Generalizado, ecuaciones constitutivas avanzadas y reometría.
- 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
- Caudalímetro Doppler
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:
- Exámenes (cuestiones teóricas, demostraciones y resolución de problemas): 60%
- Prácticas (realización e informe): 25%
- Participación y exposiciones: 15%
Para aprobar la asignatura será necesario obtener en a) una nota igual o superior a 4 sobre 10.
Podrán solicitar evaluación por incidencias, los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación (ordinaria, extraordinaria o única final), por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 9 de la Normativa de evaluación y de calificación de los estudiantes de la Universidad de Granada, siguiendo el procedimiento indicado en dicha normativa.
Evaluación Extraordinaria
Consistirá en un único examen con dos partes: teoría y problemas (85%) y prácticas (15%).
Evaluación única final
De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, se contempla la realización de una evaluación única final a la que podrán acogerse aquellos estudiantes que no puedan cumplir con el método de evaluación continua por algunos de los motivos recogidos en el Artículo 8.
Para acogerse a la evaluación única final, el estudiante, en las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a su matriculación si ésta se ha producido con posterioridad, o más tarde si hay causa sobrevenida, lo solicitará a través de la sede electrónica, alegando y acreditando las razones que le asisten para no poder seguir el sistema de evaluación continua.
Esta modalidad de evaluación constará de un único examen con dos partes: teoría y problemas (85%) y prácticas (15%).
Información adicional
Sobre Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE):
Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR no 112, de 9 de noviembre de 2016.
Sobre Inclusión y Diversidad:
En el caso de estudiantes con discapacidad u otras NEAE, el sistema de tutoría se adaptará a sus necesidades, de acuerdo a las recomendaciones de la Unidad de Inclusión de la UGR, procediendo los Departamentos y Centros a establecer las medidas adecuadas para que las tutorías se realicen en lugares accesibles. Asimismo, a petición del profesorado, se podrá solicitar apoyo a la unidad competente de la Universidad cuando se trate de adaptaciones metodológicas especiales.
Sobre Prácticas de Laboratorio:
El estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de las prácticas. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de las prácticas. El no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor que imparte las prácticas y al departamento donde se desarrollen las mismas.