Dinámica de fluidos

Aspectos de la mecánica de fluidos relacionados con el flujo.

Parte de una serie sobre
Mecánica de Medios Continuos
Leyes Conservaciones Masa Impulso Energía Desigualdades Clausius – Duhem (entropía)
Mecánica de sólidos Deformación Elasticidad lineal Plasticidad ley de Hooke Estrés Deformación finita Tensión infinitesimal Compatibilidad Doblado Mecánicos de contacto friccional Teoría de fallas materiales Mecánica de fracturas
Mecánica de fluidos Fluidos Estática  · Dinámica Principio de Arquímedes  · Principio de Bernoulli Ecuaciones de Navier-Stokes Ecuación de Poiseuille  · Ley de Pascal Viscosidad ( Newtoniano  · no Newtoniano ) Flotabilidad  · Mezcla  · Presión Liquidos Tensión superficial Acción capilar Gases Atmósfera Ley de Boyle Ley de Charles Ley de Gay-Lussac Ley combinada de los gases Plasma
Reología Viscoelasticidad Reometría Reómetro Fluidos inteligentes Electrorreológico Magnetorreológico Ferrofluidos
Científicos Bernoulli Boyle Cauchy Charles Euler Gay-Lussac Hooke Newton Navier Noll Pascal Stokes Truesdell
v t mi

Forma de lágrima aerodinámica típica , asumiendo un medio viscoso que pasa de izquierda a derecha, el diagrama muestra la distribución de presión como el grosor de la línea negra y muestra la velocidad en la capa límite como los triángulos violetas. Los generadores de vórtice verde provocan la transición a un flujo turbulento y evitan el reflujo, también llamado separación de flujo de la región de alta presión en la parte posterior. La superficie del frente es lo más suave posible o incluso emplea una piel similar a la de un tiburón , ya que cualquier turbulencia aquí aumenta la energía del flujo de aire. El truncamiento de la derecha, conocido como Kammback, también evita el reflujo desde la región de alta presión en la parte posterior a través de los spoilers hacia la parte convergente.

En física e ingeniería , la dinámica de fluidos es una subdisciplina de la mecánica de fluidos que describe el flujo de fluidos : líquidos y gases . Tiene varias subdisciplinas, incluida la aerodinámica (el estudio del aire y otros gases en movimiento) y la hidrodinámica (el estudio de los líquidos en movimiento). La dinámica de fluidos tiene una amplia gama de aplicaciones, incluido el cálculo de fuerzas y momentos en aeronaves , la determinación del caudal másico de petróleo a través de tuberías ,predecir patrones climáticos , comprender nebulosas en el espacio interestelar y modelar la detonación de armas de fisión .

La dinámica de fluidos ofrece una estructura sistemática, que es la base de estas disciplinas prácticas, que abarca leyes empíricas y semi-empíricas derivadas de la medición de flujo y utilizadas para resolver problemas prácticos. La solución a un problema de dinámica de fluidos generalmente implica el cálculo de varias propiedades del fluido, como la velocidad del flujo , la presión , la densidad y la temperatura , como funciones del espacio y el tiempo.

Antes del siglo XX, la hidrodinámica era sinónimo de dinámica de fluidos. Esto todavía se refleja en los nombres de algunos temas de dinámica de fluidos, como la magnetohidrodinámica y la estabilidad hidrodinámica , que también se pueden aplicar a los gases. ^[1]

Ecuaciones

Los axiomas fundamentales de la dinámica de fluidos son las leyes de conservación , específicamente, conservación de la masa , conservación del momento lineal y conservación de la energía (también conocida como Primera Ley de la Termodinámica ). Estos se basan en la mecánica clásica y se modifican en la mecánica cuántica y la relatividad general . Se expresan mediante el teorema del transporte de Reynolds .

Además de lo anterior, se supone que los fluidos obedecen a la suposición del continuo . Los fluidos están compuestos por moléculas que chocan entre sí y objetos sólidos. Sin embargo, el supuesto del continuo supone que los fluidos son continuos, en lugar de discretos. En consecuencia, se supone que propiedades como la densidad, la presión, la temperatura y la velocidad del flujo están bien definidas en puntos infinitesimalmente pequeños en el espacio y varían continuamente de un punto a otro. Se ignora el hecho de que el fluido está formado por moléculas discretas.

Para fluidos que son lo suficientemente denso como para ser un continuo, no contienen especies ionizadas, y que tienen velocidades de flujo pequeño en relación con la velocidad de la luz, las ecuaciones de momento para fluidos newtonianos son las ecuaciones de Navier-Stokes -que es un no lineal conjunto de ecuaciones diferenciales que describe el flujo de un fluido cuya tensión depende linealmente de los gradientes de velocidad del flujo y la presión. Las ecuaciones no simplificadas no tienen una solución general de forma cerrada , por lo que se utilizan principalmente en la dinámica de fluidos computacional.. Las ecuaciones se pueden simplificar de varias formas, todas las cuales facilitan su resolución. Algunas de las simplificaciones permiten resolver algunos problemas sencillos de dinámica de fluidos en forma cerrada. ^{[ cita requerida ]}

Además de las ecuaciones de conservación de masa, momento y energía, se requiere una ecuación de estado termodinámica que proporcione la presión en función de otras variables termodinámicas para describir completamente el problema. Un ejemplo de esto sería la ecuación de estado del gas perfecto :

${\displaystyle p={\frac {\rho R_{u}T}{M}}}$

donde p es la presión , ρ es la densidad , T la temperatura absoluta , mientras que R _u es la constante del gas y M es la masa molar de un gas en particular.

Leyes de conservación

Se utilizan tres leyes de conservación para resolver problemas de dinámica de fluidos y se pueden escribir en forma integral o diferencial . Las leyes de conservación se pueden aplicar a una región del flujo llamada volumen de control . Un volumen de control es un volumen discreto en el espacio a través del cual se supone que fluye el fluido. Las formulaciones integrales de las leyes de conservación se utilizan para describir el cambio de masa, momento o energía dentro del volumen de control. Las formulaciones diferenciales de las leyes de conservación aplican el teorema de Stokes para producir una expresión que puede interpretarse como la forma integral de la ley aplicada a un volumen infinitesimalmente pequeño (en un punto) dentro del flujo.

Continuidad de masa (conservación de masa)

La tasa de cambio de la masa de fluido dentro de un volumen de control debe ser igual a la tasa neta de flujo de fluido en el volumen. Físicamente, esta afirmación requiere que la masa no se cree ni se destruya en el volumen de control, ^[2] y se puede traducir a la forma integral de la ecuación de continuidad:

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}\iiint _{V}\rho \,dV=-\,{}}$ ${\displaystyle {\scriptstyle S}}$ ${\displaystyle {}\,\rho \mathbf {u} \cdot d\mathbf {S} }$

Arriba, ρ es la densidad del fluido, u es el vector de velocidad del flujo y t es el tiempo. El lado izquierdo de la expresión anterior es la tasa de aumento de masa dentro del volumen y contiene una integral triple sobre el volumen de control, mientras que el lado derecho contiene una integración sobre la superficie del volumen de control de masa convecida en el sistema. El flujo másico hacia el sistema se considera positivo y, dado que el vector normal a la superficie es opuesto al sentido de flujo hacia el sistema, el término se niega. La forma diferencial de la ecuación de continuidad es, por el teorema de divergencia :

${\displaystyle \ {\frac {\partial \rho }{\partial t}}+\nabla \cdot (\rho \mathbf {u} )=0}$

Conservación de momento

La segunda ley del movimiento de Newton aplicada a un volumen de control es una afirmación de que cualquier cambio en la cantidad de movimiento del fluido dentro de ese volumen de control se debe al flujo neto de la cantidad de movimiento en el volumen y a la acción de las fuerzas externas que actúan sobre el fluido dentro del volumen.

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}\iiint _{\scriptstyle V}\rho \mathbf {u} \,dV=-\,{}}$ ${\displaystyle _{\scriptstyle S}}$ ${\displaystyle (\rho \mathbf {u} \cdot d\mathbf {S} )\mathbf {u} -{}}$ ${\displaystyle {\scriptstyle S}}$ ${\displaystyle {}\,p\,d\mathbf {S} }$ ${\displaystyle \displaystyle {}+\iiint _{\scriptstyle V}\rho \mathbf {f} _{\text{body}}\,dV+\mathbf {F} _{\text{surf}}}$

En la formulación integral anterior de esta ecuación, el término de la izquierda es el cambio neto de impulso dentro del volumen. El primer término de la derecha es la tasa neta a la que el impulso se convence en el volumen. El segundo término de la derecha es la fuerza debida a la presión sobre las superficies del volumen. Los dos primeros términos de la derecha se niegan ya que el impulso que ingresa al sistema se considera positivo y la normal es opuesta a la dirección de la velocidad u y las fuerzas de presión. El tercer término de la derecha es la aceleración neta de la masa dentro del volumen debido a cualquier fuerza del cuerpo (aquí representada por f _cuerpo ). Las fuerzas superficiales , como las fuerzas viscosas, están representadas por F _surf, la fuerza neta debida a las fuerzas cortantes que actúan sobre la superficie del volumen. El balance de impulso también se puede escribir para un volumen de control en movimiento . ^[3] La siguiente es la forma diferencial de la ecuación de conservación del momento. Aquí, el volumen se reduce a un punto infinitesimalmente pequeña, y las dos fuerzas de superficie y el cuerpo están representó en una fuerza total, F . Por ejemplo, F puede expandirse en una expresión para las fuerzas de fricción y gravitación que actúan en un punto de un flujo.

${\displaystyle \ {\frac {D\mathbf {u} }{Dt}}=\mathbf {F} -{\frac {\nabla p}{\rho }}}$

En aerodinámica, se supone que el aire es un fluido newtoniano , lo que plantea una relación lineal entre el esfuerzo cortante (debido a las fuerzas de fricción internas) y la velocidad de deformación del fluido. La ecuación anterior es una ecuación vectorial en un flujo tridimensional, pero se puede expresar como tres ecuaciones escalares en tres direcciones de coordenadas. Las ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento para el caso de flujo viscoso y compresible se denominan ecuaciones de Navier-Stokes. ^[2]

Conservacion de energia

Aunque la energía se puede convertir de una forma a otra, la energía total en un sistema cerrado permanece constante.

${\displaystyle \ \rho {\frac {Dh}{Dt}}={\frac {Dp}{Dt}}+\nabla \cdot \left(k\nabla T\right)+\Phi }$

Arriba, h es la entalpía específica , k es la conductividad térmica del fluido, T es la temperatura y Φ es la función de disipación viscosa. La función de disipación viscosa gobierna la velocidad a la que la energía mecánica del flujo se convierte en calor. La segunda ley de la termodinámica requiere que el término de disipación sea siempre positivo: la viscosidad no puede crear energía dentro del volumen de control. ^[4] La expresión del lado izquierdo es un derivado material .

Clasificaciones

Flujo compresible versus incompresible

Todos los fluidos son comprimibles hasta cierto punto; es decir, los cambios de presión o temperatura provocan cambios de densidad. Sin embargo, en muchas situaciones los cambios de presión y temperatura son lo suficientemente pequeños como para que los cambios de densidad sean insignificantes. En este caso, el flujo se puede modelar como un flujo incompresible . De lo contrario, se deben utilizar las ecuaciones de flujo compresible más generales .

Matemáticamente, la incompresibilidad se expresa diciendo que la densidad ρ de una parcela de fluido no cambia a medida que se mueve en el campo de flujo, es decir,

${\displaystyle {\frac {\mathrm {D} \rho }{\mathrm {D} t}}=0\,,}$

dónde D/D tes la derivada material , que es la suma de las derivadas locales y convectivas . Esta restricción adicional simplifica las ecuaciones que gobiernan, especialmente en el caso en que el fluido tiene una densidad uniforme.

Para el flujo de gases, para determinar si se utiliza dinámica de fluidos compresible o incompresible, se evalúa el número de Mach del flujo. Como una guía aproximada, los efectos comprimibles se pueden ignorar en números de Mach por debajo de aproximadamente 0,3. Para los líquidos, la validez del supuesto incompresible depende de las propiedades del fluido (específicamente la presión y temperatura críticas del fluido) y las condiciones de flujo (qué tan cerca de la presión crítica se vuelve la presión de flujo real). Los problemas acústicos siempre requieren permitir la compresibilidad, ya que las ondas sonoras son ondas de compresión que implican cambios de presión y densidad del medio por el que se propagan.

Fluidos newtonianos versus fluidos no newtonianos

Fluir alrededor de un perfil aerodinámico

Todos los fluidos son viscosos, lo que significa que ejercen cierta resistencia a la deformación: las parcelas vecinas de fluido que se mueven a diferentes velocidades ejercen fuerzas viscosas entre sí. El gradiente de velocidad se denomina tasa de deformación ; tiene dimensiones T ⁻¹ . Isaac Newton demostró que para muchos fluidos familiares como el agua y el aire , la tensión debida a estas fuerzas viscosas está relacionada linealmente con la tasa de deformación. Estos fluidos se denominan fluidos newtonianos . El coeficiente de proporcionalidad se llama viscosidad del fluido; para los fluidos newtonianos, es una propiedad del fluido que es independiente de la velocidad de deformación.

Los fluidos no newtonianos tienen un comportamiento tensión-deformación no lineal más complicado. La subdisciplina de reología describe los comportamientos de tensión-deformación de dichos fluidos, que incluyen emulsiones y lechadas , algunos materiales viscoelásticos como sangre y algunos polímeros , y líquidos pegajosos como látex , miel y lubricantes . ^[5]

Flujo invisible versus viscoso versus flujo de Stokes

La dinámica de las parcelas de fluidos se describe con la ayuda de la segunda ley de Newton . Una parcela de fluido que se acelera está sujeta a efectos de inercia.

El número de Reynolds es una cantidad adimensional que caracteriza la magnitud de los efectos inerciales en comparación con la magnitud de los efectos viscosos. Un número de Reynolds bajo ( Re ≪ 1 ) indica que las fuerzas viscosas son muy fuertes en comparación con las fuerzas de inercia. En tales casos, a veces se ignoran las fuerzas inerciales; este régimen de flujo se llama Stokes o flujo progresivo .

Por el contrario, los números de Reynolds altos ( Re ≫ 1 ) indican que los efectos inerciales tienen más efecto sobre el campo de velocidad que los efectos viscosos (fricción). En los flujos de alto número de Reynolds, el flujo a menudo se modela como un flujo no viscoso , una aproximación en la que la viscosidad se descuida por completo. La eliminación de la viscosidad permite simplificar las ecuaciones de Navier-Stokes en ecuaciones de Euler . La integración de las ecuaciones de Euler a lo largo de una línea de corriente en un flujo no viscoso produce la ecuación de Bernoulli . Cuando, además de ser no viscoso, el flujo es irrotante en todas partes, la ecuación de Bernoulli puede describir completamente el flujo en todas partes. Tales flujos se llamanflujos potenciales , porque el campo de velocidad puede expresarse como el gradiente de una expresión de energía potencial.

Esta idea puede funcionar bastante bien cuando el número de Reynolds es alto. Sin embargo, problemas como los que involucran límites sólidos pueden requerir que se incluya la viscosidad. La viscosidad no se puede despreciar cerca de los límites sólidos porque la condición de no deslizamiento genera una región delgada de gran velocidad de deformación, la capa límite , en la que dominan los efectos de la viscosidad y que, por lo tanto, genera vorticidad . Por lo tanto, para calcular las fuerzas netas sobre los cuerpos (como las alas), se deben utilizar ecuaciones de flujo viscoso: la teoría del flujo no viscoso no puede predecir las fuerzas de arrastre , una limitación conocida como la paradoja de d'Alembert .

Un modelo de uso común ^{[ cita requerida ]} , especialmente en dinámica de fluidos computacional , es usar dos modelos de flujo: las ecuaciones de Euler lejos del cuerpo y las ecuaciones de la capa límite en una región cercana al cuerpo. A continuación, las dos soluciones se pueden emparejar entre sí, utilizando el método de expansiones asintóticas emparejadas .

Flujo constante versus inestable

Simulación hidrodinámica de la inestabilidad de Rayleigh-Taylor ^[6]

Un flujo que no es función del tiempo se llama flujo constante . El flujo en estado estacionario se refiere a la condición en la que las propiedades del fluido en un punto del sistema no cambian con el tiempo. El flujo dependiente del tiempo se conoce como inestable (también llamado transitorio ^[7] ). Si un flujo en particular es constante o inestable, puede depender del marco de referencia elegido. Por ejemplo, el flujo laminar sobre una esfera es estable en el marco de referencia que está estacionario con respecto a la esfera. En un marco de referencia que es estacionario con respecto a un flujo de fondo, el flujo es inestable.

Los flujos turbulentos son inestables por definición. Sin embargo, un flujo turbulento puede ser estadísticamente estacionario . El campo de velocidad aleatoria U ( x , t ) es estadísticamente estacionario si todas las estadísticas son invariantes bajo un cambio en el tiempo. ^{[8] : 75} Esto significa aproximadamente que todas las propiedades estadísticas son constantes en el tiempo. A menudo, el campo medio es el objeto de interés, y esto también es constante en un flujo estadísticamente estacionario.

Los flujos estables suelen ser más manejables que los flujos inestables similares. Las ecuaciones que gobiernan un problema constante tienen una dimensión menos (tiempo) que las ecuaciones que gobiernan el mismo problema sin aprovechar la estabilidad del campo de flujo.

Flujo laminar versus turbulento

La turbulencia es un flujo caracterizado por recirculación, remolinos y aparente aleatoriedad . El flujo en el que no se exhibe turbulencia se llama laminar . La presencia de remolinos o recirculación por sí sola no necesariamente indica un flujo turbulento; estos fenómenos también pueden estar presentes en el flujo laminar. Matemáticamente, el flujo turbulento a menudo se representa mediante una descomposición de Reynolds , en la que el flujo se descompone en la suma de un componente promedio y un componente de perturbación.

Se cree que los flujos turbulentos se pueden describir bien mediante el uso de las ecuaciones de Navier-Stokes . La simulación numérica directa (DNS), basada en las ecuaciones de Navier-Stokes, permite simular flujos turbulentos con números de Reynolds moderados. Las restricciones dependen de la potencia de la computadora utilizada y la eficiencia del algoritmo de solución. Se ha encontrado que los resultados del DNS concuerdan bien con los datos experimentales para algunos flujos. ^[9]

La mayoría de los flujos de interés tienen números de Reynolds demasiado altos para que el DNS sea una opción viable, ^{[8] : 344} dado el estado del poder computacional durante las próximas décadas. Cualquier vehículo de vuelo lo suficientemente grande como para transportar a un humano ( L > 3 m), moviéndose a más de 20 m / s (72 km / h; 45 mph) está mucho más allá del límite de la simulación de DNS ( Re = 4 millones). Las alas de los aviones de transporte (como en un Airbus A300 o Boeing 747 ) tienen números de Reynolds de 40 millones (según la dimensión de la cuerda del ala). Resolver estos problemas de flujo de la vida real requiere modelos de turbulencia para el futuro previsible. Ecuaciones de Navier-Stokes (RANS) promediadas por Reynolds combinadas con modelos de turbulenciaproporciona un modelo de los efectos del flujo turbulento. Este modelo proporciona principalmente la transferencia de impulso adicional por las tensiones de Reynolds , aunque la turbulencia también mejora la transferencia de calor y masa . Otra metodología prometedora es la simulación de remolinos grandes (LES), especialmente bajo la apariencia de simulación de remolinos separados (DES), que es una combinación de modelado de turbulencia RANS y simulación de remolinos grandes.

Otras aproximaciones

Existe una gran cantidad de otras posibles aproximaciones a los problemas de dinámica de fluidos. Algunos de los más utilizados se enumeran a continuación.

• La aproximación de Boussinesq ignora las variaciones de densidad excepto para calcular las fuerzas de flotabilidad . A menudo se utiliza en problemas de convección libre donde los cambios de densidad son pequeños.
• La teoría de la lubricación y el flujo de Hele-Shaw explotan la gran relación de aspecto del dominio para mostrar que ciertos términos en las ecuaciones son pequeños y, por lo tanto, pueden despreciarse.
• La teoría del cuerpo delgado es una metodología utilizada en losproblemas de flujo de Stokes para estimar la fuerza o el campo de flujo alrededor de un objeto largo y delgado en un fluido viscoso.
• Las ecuaciones de aguas poco profundas se pueden utilizar para describir una capa de fluido relativamente no viscoso con una superficie libre , en la que los gradientes superficiales son pequeños.
• La ley de Darcy se utiliza para el flujo en medios porosos y funciona con variables promediadas en varios anchos de poro.
• En los sistemas rotativos, las ecuaciones cuasi-geostróficas asumen un equilibrio casi perfecto entre los gradientes de presión y la fuerza de Coriolis . Es útil en el estudio de la dinámica atmosférica .

Tipos multidisciplinarios

Flujos según regímenes de Mach ^[10]

Si bien muchos flujos (como el flujo de agua a través de una tubería) ocurren con números de Mach bajos ( flujos subsónicos ), muchos flujos de interés práctico en aerodinámica o en turbomáquinas ocurren en fracciones altas de M = 1 ( flujos transónicos ) o en exceso. ( flujos supersónicos o incluso hipersónicos ). En estos regímenes ocurren nuevos fenómenos, como inestabilidades en el flujo transónico, ondas de choque para el flujo supersónico o comportamiento químico fuera de equilibrio debido a la ionización en los flujos hipersónicos. En la práctica, cada uno de esos regímenes de flujo se trata por separado.

Flujos reactivos versus no reactivos

Los flujos reactivos son flujos que son químicamente reactivos, que encuentran sus aplicaciones en muchas áreas, incluida la combustión ( motor IC ), dispositivos de propulsión ( cohetes , motores a reacción , etc.), detonaciones , incendios y peligros de seguridad y astrofísica. Además de la conservación de la masa, el momento y la energía, es necesario derivar la conservación de las especies individuales (por ejemplo, la fracción de masa de metano en la combustión de metano), donde la tasa de producción / agotamiento de cualquier especie se obtiene resolviendo simultáneamente las ecuaciones de sustancias químicas. cinética .

Magnetohidrodinámica

Artículo principal: Magnetohidrodinámica

La magnetohidrodinámica es el estudio multidisciplinario del flujo de fluidos conductores de electricidad en campos electromagnéticos . Ejemplos de tales fluidos incluyen plasmas , metales líquidos y agua salada . Las ecuaciones de flujo de fluidos se resuelven simultáneamente con las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell.

Dinámica de fluidos relativista

La dinámica de fluidos relativista estudia el movimiento de fluidos macroscópico y microscópico a grandes velocidades comparables a la velocidad de la luz . ^[11] Esta rama de la dinámica de fluidos explica los efectos relativistas tanto de la teoría especial de la relatividad como de la teoría general de la relatividad . Las ecuaciones que gobiernan se derivan de la geometría riemanniana para el espacio-tiempo de Minkowski .

Terminología

El concepto de presión es fundamental para el estudio tanto de la estática de fluidos como de la dinámica de fluidos. Se puede identificar una presión para cada punto de un cuerpo de fluido, independientemente de si el fluido está en movimiento o no. La presión se puede medir con un aneroide, un tubo de Bourdon, una columna de mercurio o varios otros métodos.

Parte de la terminología necesaria en el estudio de la dinámica de fluidos no se encuentra en otras áreas de estudio similares. En particular, parte de la terminología utilizada en dinámica de fluidos no se utiliza en estática de fluidos .

Terminología en dinámica de fluidos incompresibles

Los conceptos de presión total y presión dinámica surgen de la ecuación de Bernoulli y son importantes en el estudio de todos los flujos de fluidos. (Estas dos presiones no son presiones en el sentido habitual; no se pueden medir con un aneroide, un tubo de Bourdon o una columna de mercurio). Para evitar una posible ambigüedad al referirse a la presión en la dinámica de fluidos, muchos autores utilizan el término presión estática para distinguirla de presión total y presión dinámica. La presión estática es idéntica a la presión y se puede identificar para cada punto en un campo de flujo de fluido.

Un punto en un flujo de fluido donde el flujo se ha detenido (es decir, la velocidad es igual a cero adyacente a algún cuerpo sólido sumergido en el flujo de fluido) es de especial importancia. Es de tal importancia que se le da un nombre especial: un punto de estancamiento . La presión estática en el punto de estancamiento es de especial importancia y recibe su propio nombre: presión de estancamiento . En los flujos incompresibles, la presión de estancamiento en un punto de estancamiento es igual a la presión total en todo el campo de flujo.

Terminología en dinámica de fluidos compresibles

En un fluido compresible, es conveniente definir las condiciones totales (también llamadas condiciones de estancamiento) para todas las propiedades del estado termodinámico (como temperatura total, entalpía total, velocidad total del sonido). Estas condiciones de flujo total son una función de la velocidad del fluido y tienen diferentes valores en marcos de referencia con diferente movimiento.

Para evitar una posible ambigüedad al referirse a las propiedades del fluido asociadas con el estado del fluido en lugar de su movimiento, el prefijo "estático" se usa comúnmente (como temperatura estática y entalpía estática). Donde no hay prefijo, la propiedad del fluido es la condición estática (por lo que "densidad" y "densidad estática" significan lo mismo). Las condiciones estáticas son independientes del marco de referencia.

Debido a que las condiciones de flujo total se definen al llevar el fluido a reposo isentrópicamente , no hay necesidad de distinguir entre entropía total y entropía estática, ya que siempre son iguales por definición. Como tal, la entropía se denomina más comúnmente simplemente "entropía".

Ver también

Campos de estudio

• Teoría acústica
• Aerodinámica
• Aeroelasticidad
• Aeronáutica
• Dinámica de fluidos computacional
• Medición de flujo
• Dinámica de fluidos geofísica
• Hemodinámica
• Hidráulica
• Hidrología
• Hidrostática
• Electrohidrodinámica
• Magnetohidrodinámica
• Dinámica de metafluidos
• Hidrodinámica cuántica

Ecuaciones y conceptos matemáticos

• Teoría de las ondas airosas
• Ecuación de Benjamin-Bona-Mahony
• Aproximación de Boussinesq (ondas de agua)
• Diferentes tipos de condiciones de contorno en dinámica de fluidos.
• Teoremas de Helmholtz
• Ecuaciones de Kirchhoff
• Ecuación de Knudsen
• Ecuación de manning
• Ecuación de pendiente suave
• Ecuación de Morison
• Ecuaciones de Navier-Stokes
• Oseen flow
• Ley de Poiseuille
• Cabeza de presión
• Ecuaciones relativistas de Euler
• Función de flujo de Stokes
• Función de corriente
• Líneas de aerodinámica, líneas de trazos y líneas de ruta
• Ley de Torricelli

Tipos de flujo de fluidos

• Fuerza aerodinámica
• Convección
• Cavitación
• Flujo compresible
• Flujo de couette
• Límite efusivo
• Flujo molecular libre
• Flujo incompresible
• Flujo no viscoso
• Flujo isotermo
• Flujo de canal abierto
• Flujo de tubería
• Flujo secundario
• Promedio de empuje de corriente
• Superfluidez
• Flujo transitorio
• Flujo de dos fases

Propiedades de los fluidos

• Lista de inestabilidades hidrodinámicas
• Fluido newtoniano
• Fluido no newtoniano
• Tensión superficial
• Presión de vapor

Fenómenos fluidos

• Flujo equilibrado
• Capa límite
• Efecto Coanda
• Celda de convección
• Convergencia / Bifurcación
• Deriva de Darwin
• Fuerza de arrastre)
• Vaporización de gotitas
• Estabilidad hidrodinámica
• Efecto Kaye
• Levantar (fuerza)
• Efecto Magnus
• corriente oceánica
• Olas de la superficie del océano
• Ola de Rossby
• Onda de choque
• Solitón
• Stokes deriva
• Ruptura del hilo
• Desintegración turbulenta del jet
• Contaminación aguas arriba
• Efecto venturi
• Vórtice
• Golpe de ariete
• Arrastre de onda
• Viento

Aplicaciones

• Acústica
• Aerodinámica
• Ciencia de la criosfera
• Fluídica
• Poder fluido
• Geodinámica
• Maquinaria hidraulica
• Meteorología
• Arquitectura naval
• Oceanografía
• Física del plasma
• Neumática
• Gráficos 3D por computadora

Revistas de dinámica de fluidos

• Revisión anual de mecánica de fluidos
• Revista de mecánica de fluidos
• Física de fluidos
• Experimentos en fluidos
• European Journal of Mechanics B: Fluidos
• Dinámica de fluidos teórica y computacional
• Computadoras y fluidos
• Revista internacional de métodos numéricos en fluidos
• Flujo, turbulencia y combustión

Varios

• Publicaciones importantes en dinámica de fluidos
• Isosuperficie
• Número de Keulegan – Carpenter
• Tanque giratorio
• Barrera del sonido
• Avión beta
• Método de límite sumergido
• Socavación del puente
• Método de volumen finito para flujo inestable

Ver también

• Alerón  : superficie de control de la aeronave utilizada para inducir el balanceo
• Avión  : vehículo volador con alas
• Ángulo de ataque
• Vuelta inclinada  : inclinación de la carretera o superficie que no sea plana
• Principio de Bernoulli  - principio relativo a la dinámica de fluidos
• Bilgeboard
• Boomerang  : herramienta y arma arrojadizas
• Tablero central
• Acorde (avión)
• Ala de control de circulación  - Dispositivo de gran sustentación para aeronave
• Currentology  : una ciencia que estudia los movimientos internos de las masas de agua.
• Avión de buceo
• Fuerza aerodinámica
• Coeficiente de arrastre  : parámetro adimensional para cuantificar la resistencia del fluido
• Aleta  - Superficie de control de vuelo
• Flipper (anatomía)  : miembro plano adaptado para propulsión y maniobras en el agua
• Separación de flujo
• Lámina (mecánica de fluidos)
• Acoplamiento fluido
• Cinética de gas
• Hidroala  : un tipo de embarcación rápida y el nombre de la tecnología que utiliza.
• Quilla  : elemento estructural de la línea central inferior de un barco o casco de barco (hidrodinámico)
• Efecto Küssner  : fuerzas aerodinámicas inestables en una superficie aerodinámica o hidroala causadas por encontrar una ráfaga transversal
• Condición de Kutta
• Teorema de Kutta-Joukowski
• Coeficiente de sustentación
• Arrastre inducido por sustentación
• Relación elevación-arrastre
• Teoría de la línea de elevación  : modelo matemático para cuantificar la elevación
• Perfil aerodinámico NACA
• Tercera ley de Newton
• Hélice  : dispositivo que transmite potencia de rotación en empuje lineal sobre un fluido.
• Bomba  : dispositivo que imparte energía a los fluidos por acción mecánica.
• Timón  : superficie de control para la dirección fluidodinámica en el eje de guiñada
• Vela  : tela u otra superficie sostenida por un mástil para permitir la propulsión del viento (aerodinámica)
• Skeg  : extensión de la quilla de un barco en la parte trasera, también la aleta de una tabla de surf
• Spoiler (automotriz)
• Puesto (vuelo)
• Aleta de tabla de surf
• Ciencias de la superficie  : estudio de los fenómenos físicos y químicos que ocurren en la interfaz de dos fases.
• Convertidor de par
• Pestaña de ajuste  : superficies pequeñas conectadas al borde posterior de una superficie de control más grande en un barco o avión, que se utiliza para controlar el ajuste de los controles.
• Ala  : superficie utilizada para el vuelo, por ejemplo, por insectos, pájaros, murciélagos y aviones.
• Vórtices en la punta del ala  : turbulencia causada por la diferencia en la presión del aire a cada lado del ala.

Referencias

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2. Anderson, JD (2007). Fundamentos de aerodinámica (4ª ed.). Londres: McGraw – Hill. ISBN 978-0-07-125408-3.
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6. Shengtai Li, Hui Li "Código AMR paralelo para ecuaciones MHD o HD compresibles" (Laboratorio Nacional de Los Alamos) [1] Archivado el 3 de marzo de 2016 en la Wayback Machine.
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8. Pope, Stephen B. (2000). Flujos turbulentos . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-59886-9.
9. Véase, por ejemplo, Schlatter et al, Phys. Fluids 21, 051702 (2009); doi : 10.1063 / 1.3139294
10. "Número de Mach" , Wikipedia , 20 de marzo de 2021 , consultado el 2 de abril de 2021
11. Landau, Lev Davidovich ; Lifshitz, Evgenii Mikhailovich (1987). Mecánica de fluidos . Londres: Pergamon. ISBN 0-08-033933-6.

Lectura adicional

• Acheson, DJ (1990). Dinámica de fluidos elemental . Prensa de Clarendon. ISBN 0-19-859679-0.
• Batchelor, GK (1967). Introducción a la dinámica de fluidos . Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-66396-2.
• Chanson, H. (2009). Hidrodinámica aplicada: una introducción a los flujos de fluidos ideales y reales . CRC Press, Taylor & Francis Group, Leiden, Países Bajos, 478 páginas. ISBN 978-0-415-49271-3.
• Clancy, LJ (1975). Aerodinámica . Londres: Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-01120-0.
• Cordero, Horace (1994). Hidrodinámica (6ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 0-521-45868-4. Publicado originalmente en 1879, la sexta edición ampliada apareció por primera vez en 1932.
• Milne-Thompson, LM (1968). Hidrodinámica teórica (5ª ed.). Macmillan. Publicado originalmente en 1938.
• Shinbrot, M. (1973). Conferencias de Mecánica de Fluidos . Gordon y Breach. ISBN 0-677-01710-3.
• Nazarenko, Sergey (2014), Dinámica de fluidos a través de ejemplos y soluciones , CRC Press (grupo Taylor & Francis), ISBN 978-1-43-988882-7
• Enciclopedia: dinámica de fluidos Scholarpedia

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la dinámica de fluidos .

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la mecánica de fluidos .

• National Committee for Fluid Mechanics Films (NCFMF) , que contiene películas sobre varios temas en dinámica de fluidos (en formato RealMedia )
• Lista de libros de dinámica de fluidos