MECÁNICA DE FLUIDOS Y TRANSFERENCIA DE CALOR

8 CRÉDITOS OBJETIVO

En este curso se estudiarán los fenómenos asociados con la transferencia de momento y calor fundamentalmente en sistemas con flujo laminar. En este curso se exponen las metodologías de tipo teórico para el estudio de fluidos. Primero se estudian los fundamentos de la Mecánica de fluidos en el marco de la Mecánica del Medio Continuo y se obtienen las ecuaciones básicas del flujo. En seguida, se estudia el flujo sin tomar en cuenta la viscosidad. Este caso es importante cuando se analiza lejos de las fronteras. El análisis dimensional es importante para entender las leyes de similitud geométrica y dinámica de flujos a distintas escalas. Cuando el flujo es unidireccional, no aparecen los términos no lineales de las ecuaciones de movimiento, que es ventajoso para entender el comportamiento más elemental de los fluidos. Cuando el flujo es muy lento se pueden linealizar las ecuaciones de movimiento para obtener soluciones. En muchos casos prácticos el flujo es muy rápido y las ecuaciones se pueden simplificar aplicando las ideas de capa límite, que es la capa de fluido en la que se sienten, de manera importante, los efectos viscosos. Finalmente, se estudiarán los efectos de los flujos, estudiados en el curso, sobre la transferencia de calor. Es requisito para este curso tener conocimientos de Mecánica de Medios Continuos. TEMARIO

1. Fundamentos (14 hrs) Conservación de masa Conservación de momento lineal y angular Conservación de energía Ecuaciones constitutivas. Fluidos newtoniano y no-newtonianos Ecuaciones de Navier-Stokes Condiciones de frontera

2. Flujos de fluidos no-viscosos (8 hrs)

Flujo potencial bidimensional Flujo potencial tridimensional

3. Flujos unidireccionales lineales. Soluciones exactas de flujos sin inercia (12 hrs)

Escalas características y análisis dimensional Flujo de Couette, Flujo de Poiseuille y Flujo de Couette-Poiseuille Flujo con superficie libre por un plano inclinado Soluciones de similitud. Problema de Rayleigh. Flujo en una pared oscilatoria

Flujos de Couette y de Poiseuille oscilatorios y su relacion con la capa limite Flujo transitorio Flujo en el interior de un cilindro y en cilindros concéntricos.

4. Flujos lentos (8 hrs)

Flujo lento lineal bidimensional Soluciones en términos de la función de corriente Soluciones por desarrollos de funciones propias

5. Capas límite (10 hrs)

Ecuación de flujo en la capa límite Solución de Blasius Solución de Falkner-Skan

6. Transferencia de Calor (12 hrs)

Transferencia de calor forzada. Generalidades Análisis dimensional: Número de Peclet y número de Eckert Transferencia de calor por conducción Transferencia de calor en flujos: Couette, Poiseulle y Couette-Poiseulle. Transferencia de Calor en capas límite. Flujo alrededor de una esfera a pequeño Número de Reynolds

BIBLIOGRAFÍA

1. Currie, I. G., Fundamental Mechanics of Fluids, 3rd Edition, Marcel Dekker (2003), (Texto básico).

2. Leal, G. L., Laminar Flow and Convective Heat Transfer. Asymptotic Solutions and Applications. Butterworth-Heinemann, Boston, 1992.

2. Rogers D. F., Laminar Flow Analysis, Cambridge University Press, New York, 1992.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA

1. Pozrikidis C., Introduction to Theoretical Computational Fluid Dynamics, Oxford Univ. Press, Oxford, UK, 1997.

2. Ockendon H., and Ockendon J.R., Viscous Flow, Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 1995.

3. Barenblatt G.I., Dimensional Analysis, Gordon and Breach Sci. Pub., N.Y., 1987. 4. Durst F., Fluid mechanics: an introduction to the theory of fluid flows, Springer, Berlin,

2008. 5. Kundu, P. K. and Cohen, I. N., Fluid Mechanics, 4th ed., Academic Press, Amsterdan,

2008. 6. Yamaguchi, H., Engineering Fluid Mechanics, Springer, Dordrecht, Paises Bajos, 2008. 7. Graebel, W. P., Advanced Fluid Mechanics, Academic Press Burlington, Massachusetts,

2007. 8. Kambe, T., Elementary Fluid Mechanics, World Scientific New Jersey, 2007.

9. Lighthill J., An Informal Introduction to Theoretical Fluid Mechanics, Clarendon Press, Oxford, 1986.

10. O'Neill M.E., and Chorlton F., Ideal and Incompressible Fluid Dynamics, John Wiley, N.Y., 1986.

11. O'Neill M.E., and Chorlton F., Viscous and Compressible Fluid Dynamics. C. E. Horwood ; new york, 1989.

12. Bejan A., Heat Transfer, John Wiley, N.Y., 1993. 13. Incropera F.P., and DeWitt D.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 3rd.

Edition, John Wíley, N.Y., 1990. 14. Guthrie R. I. L., Engineering in Process Metallurgy, Clarendon Press, Oxford, 1992