Hidrodinámica flujos incomprensibles

Hidrodinámica flujos incomprensibles

Descripción del flujo

Hay cuatro formas básicas de describir un flujo:

1.    Una línea de corriente es aquella línea que en un instante dado es tangente al vector velocidad en todo punto.

2.    Una senda es el camino seguido realmente por una partícula fluida.

3.     Una línea de traza es el lugar geométrico de las partículas que en instantes sucesivos pasaron por un punto dado.

4.    Una línea fluida es un conjunto de partículas fluidas que en un instante dado forman una línea.

Visualización del flujo

Entre los métodos de visualización podemos citar los siguientes

1. Inyección de humo, tinta o burbujas.

2. Viruta o polvo sobre la superficie libre.

3. Partículas trazadoras con flotabilidad neutra.

4. Técnicas ópticas que detectan cambios en la densidad del fluido: método de las sombras, «Schlieren»

e interferometría.

5. Hilos o lanas sujetos a las superficies que limitan el flujo.

6. Sustancias que se evaporan sobre las superficies sólidas.

7. Sustancias luminiscentes, aditivos o bioluminiscencia.

8. Velocimetría de imágenes de partículas (PIV, Particle Image Velocimetry)

Clasificación del flujo

El método más corriente de clasificar los movimientos en canales abiertos es según el grado de variación del calado. El caso más simple y más ampliamente estudiado es el movimiento uniforme, donde el calado (y también la velocidad en movimiento estacionario) permanece constante. Las condiciones de movimiento en régimen uniforme se dan aproximadamente en canales rectos largos con pendiente y sección transversal constantes. El movimiento en régimen uniforme en un canal se dice que tiene el calado normal del canal,que es un parámetro de diseño importante.

Se pueden resumir los tipos de flujos de la siguiente manera:

1. Movimiento uniforme (profundidad y pendiente constantes).

2. Movimiento variado:

a. Gradualmente variado (unidimensional).

b. Rápidamente variado (multidimensional).

regímenes en función del número de Reynolds

La razón es que a moderados números de Reynolds se produce un cambio profundo y complicado en el comportamiento de los flujos. El movimiento deja de ser suave y ordenado (laminar) y se convierte en fluctuante y agitado (turbulento). Este proceso de cambio se denomina transición hacia la turbulencia. Veíamos que la transición en un cilindro o en una esfera ocurre a números de Reynolds en torno a Re = 3 × 10 ^5, en que aparece una caída brusca de la resistencia. En la transición influyen muchos efectos, por ejemplo, la rugosidad de la pared o las fluctuaciones en la corriente libre.

Ecuación de la energía

dQ/dt *dW/dt=dE/dt=d/dt

Ecuación de conservación de la masa

Todas las ecuaciones diferenciales básicas pueden deducirse considerando un volumen de control elemental o un sistema elemental. Elegiremos aquí un volumen de control infinitesimal fijo (dx, dy, dz).

Ecuación de la cantidad de movimiento

Ecuación de Bernoulli

Fuente

White, F. (2003), Mecánica de fluidos, Aravaca España, Amelia Nivea.