Fundamentos y aplicaciones de la mecánica de fluidos

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Fundamentos y aplicaciones de la mecanica de fluidos Página Legal Contenido Capıtulo 1 Caracterısticas generales de los fluidos 1.1. Solidos, lıquidos y gases 1.2. Estructura molecular de la materia 1.3. La hipotesis de fluido como medio continuo 1.4. Interpretacion estadıstica de algunas variables fluidas 1.4.1. Energıa interna 1.4.2. Presion 1.4.3. Entropıa Capıtulo 2 Termodinamica de los procesos fluidomecanicos 2.1. Termodinamica del equilibrio 2.2. Equilibrio termodinamico local 2.3. Gases perfectos 2.4. Lıquidos perfectos 2.5. Mezclas de gases perfectos 2.6. Fenomenos de transporte 2.6.1. Fenomenos de transporte difusivo 2.6.2. Transporte convectivo. Flujo convectivo de una magnitud fluida Referencias Capıtulo 3 Cinematica de los fluidos 3.1. Especificacion del campo fluido 3.1.1. Trayectorias 3.1.2. Lıneas de corriente 3.1.3. Traza 3.1.4. Derivada sustancial 3.2. Teorema del transporte de Reynolds 3.3. Analisis de las velocidades en el entorno de un punto 3.4. Funcion de corriente 3.5. Campo de velocidades inducido por una distribuci´on de vorticidad Referencias y lecturas recomendadas Capıtulo 4 Fuerzas macroscopicas sobre los fluidos. Fluidoestatica 4.1. Fuerzas de volumen y fuerzas de superficie 4.2. Tensor de esfuerzos 4.3. Forma del tensor de esfuerzos. Fluidos newtonianos 4.4. Fluidoestatica 4.4.1. Condiciones de equilibrio 4.4.2. Hidrostatica. Algunos casos simples de fuerzas masicas aplicadas 4.4.3. Fuerza sobre un cuerpo sumergido. Principio de Arquımedes 4.4.4. Equilibrio de gases. Atm´osfera est´andar 4.5. Tension superficial 4.5.1. Condiciones de equilibrio a trav´es de la interfase de dos fluidos no miscibles 4.5.2. Determinacion de la interfase de separacion entre dos fluidos no miscibles en reposo Capıtulo 5 Ecuaciones generales de la Mecanica de Fluidos 5.1. Introduccion 5.1.1. Principio de conservacion de la masa. Ecuacion de continuidad 5.1.2. Ecuacion de cantidad de movimiento 5.1.3. Ecuacion de la energıa 5.2. Consideraciones generales sobre las ecuaciones de Navier-Stokes 5.2.1. Resumen de las ecuaciones de Navier-Stokes 5.2.2. Condiciones iniciales y de contorno 5.3. Ecuaciones de conservacion en forma integral 5.4. Metodos de estudio de los problemas fluidomecanicos Referencias y fuentes de lectura complementaria Apendice 5.i ecuaciones de navier-stokes en diferentes sistemas de coordenadas Apendice 5.ii ecuaciones para mezclas reactantes Apendice 5.iii aplicaciones de la ecuacion de la entropia en forma integral Capıtulo 6 Analisis dimensional y semejanza fısica 6.1. Introduccion 6.2. Cantidades dimensionales y adimensionales. Semejanza geom´etrica 6.3. Teorema Π 6.4. Ejemplos de aplicaci´on del an´alisis dimensional 6.4.1. Gasto de l´ıquido a trav´es de un vertedero 6.4.2. Movimiento estacionario de un fluido incompresible alrededor de un obst´aculo 6.5. Semejanza f´ısica Capıtulo 7 Movimientos unidireccionales 7.1. Introduccion 7.2. Movimiento unidireccional de lıquidos 7.2.1. Movimientos unidireccionales estacionarios 7.2.2. Corriente de Hagen-Poiseuille en un conducto de secci´on circular constante 7.2.3. Movimientos unidireccionales no estacionarios 7.2.4. Flujos unidireccionales con geometrıa cilındrica 7.3. Corriente de Couette compresible 7.3.1. Perfiles de velocidad en la corriente de Couette Apendice 7.i introducci´on a las soluciones de semejanza Apendice 7.ii introduccion a los metodos de perturbaciones Capıtulo 8 Movimiento casi-unidireccional de lıquidos con viscosidad dominante 8.1. Flujo en conductos de seccion lentamente variable 8.2. Tubos de longitud finita. Efecto de entrada 8.3. Movimiento en capas lıquidas. Lubricacion fluidomecanica 8.4. Capas lıquidas tridimensionales. Ecuacion de Reynolds 8.5. Movimiento de un lubricante en un cojinete 8.5.1. Cojinete largo 8.5.2. Cojinetes cortos 8.5.3. Cavitacion. Condiciones medio Sommerfeld y de Reynolds Apendice 8.i integraci´on numerica. Metodo de lineas Capıtulo 9 Movimientos de fluidos a numeros de Reynolds peque nos 9.1. Introduccion 9.2. Ecuaciones de Stokes 9.3. Movimiento alrededor de una esfera 9.3.1. Ley de Stokes 9.3.2. Aproximacion de Oseen 9.4. Movimiento alrededor de un cilindro circular. Paradoja de Stokes 9.5. Velocidad de sedimentacion 9.6. Movimiento de fluidos a trav´es de medios porosos 9.6.1. Descripcion macroscopica y ecuaciones del flujo 9.6.2. Condiciones iniciales y de contorno Capıtulo 10 Flujos a grandes numeros de Reynolds. Ecuaciones de Euler 10.1. Introduccion 10.2. Ecuaciones de Euler 10.3. Condiciones iniciales y de contorno 10.4. Continuidad, existencia y unicidad de la soluci on 10.5. Movimientos isentr´opicos y homentropicos 10.6. Ecuaci´on de Euler-Bernouilli 10.7. Magnitudes de remanso 10.8. Vorticidad y circulacion del vector velocidad 10.9. Lıneas y tubos de vorticidad 10.10. Teorema de Bjerkness-Kelvin 10.11. Potencial de velocidades 10.12. Vortices 10.13. Movimiento casi-unidireccional de fluidos ideales 10.13.1. Movimiento de l´ıquidos ideales en conductos 10.13.2. Flujo de gases en toberas 10.14. Forma semiintegral de las ecuaciones de Euler 10.14.1. Movimiento de un fluido a trav´es de una turbom´aquina 10.14.2. Aplicacion a la carga de depositos Apendice 10.i magnitudes fluidas en un flujo isentr opico Capıtulo 11 Ondas lineales en fluidos 11.1. Ondas sonoras. Introduccion 11.1.1. Ecuaci´on de la energ´ıa para el campo sonoro 11.1.2. Ondas planas 11.1.3. Ondas monocromaticas 11.1.4. Reflexion y transmision de ondas sonoras 11.1.5. Emision de sonido 11.1.6. Efectos de la viscosidad y de la conducci´on t´ermica en la propagaci´on de ondas sonoras 11.1.7. Ondas sonoras en medios no homog´eneos en movimiento 11.2. Ondas lineales en l´ıquidos con superficie libre 11.2.1. Ondas lineales en una corriente uniforme de profundidad constante 11.3. Ondas en una corriente generadas por la presencia de un obst´aculo Capıtulo 12 Ondas no-lineales 12.1. Introduccion 12.2. Movimiento unidireccional de un gas 12.3. Discontinuidades en movimientos de fluidos ideales 12.4. Ecuaciones de conservaci´on a trav´es de una discontinuidad 12.4.1. Discontinuidad tangencial 12.4.2. Discontinuidad normal u onda de choque 12.5. Relacion de Hugoniot 12.6. Ondas de choque normales 12.7. Ondas de Mach y ondas de choque oblicuas 12.8. Expansion de un flujo supers´onico 12.8.1. Expansion de Prandtl-Meyer 12.8.2. Ondas simples estacionarias en una corriente supers´onica 12.9. Aguas someras. Movimiento casi-unidireccional, no estacionario Apendice 12.I salto de magnitudes fluidas a traves de una onda de choque Apendice 12.II funcion de prandtl-meyer Capıtulo 13 Flujo potencial alrededor de obstaculos 13.1. Introduccion 13.2. Ecuaciones y condiciones de contorno de flujos potenciales 13.3. Movimiento bidimensional de l´ıquidos ideales 13.3.1. Soluciones elementales 13.3.2. Corriente uniforme y manantial bidimensional 13.4. Corriente alrededor de un cilindro circular 13.5. Flujos potenciales en rincones, esquinas y cu nas 13.6. Flujos potenciales axilsimetricos 13.7. Flujos potenciales no estacionarios 13.8. Fuerza sobre un perfil. Formula de Kutta 13.9. Generacion de circulacion en un perfil bidimensional. Hipotesis de Kutta-Joukowski 13.10. Caracterısticas aerodinamicas de perfiles 13.11. Teorıa linealizada de perfiles en regimen incompresible 13.11.1. Problema de espesor 13.11.2. Problema sustentador. Curvatura y ´angulo de ataque 13.12. Alas de envergadura finita 13.12.1. Teorıa de la lınea sustentadora 13.12.2. Solucion de la ecuacion integral de Prandtl 13.13. Metodos numericos en flujos potenciales 13.13.1. Formula de Green 13.13.2. Metodo de paneles Capıtulo 14 Efectos de la viscosidad y de la conduccion de calor 14.1. Concepto de capa lımite 14.2. Ecuaciones y condiciones de contorno 14.3. Algunas propiedades de las ecuaciones de capa l´ımite 14.4. Soluciones de semejanza de Falkner-Skan 14.5. Capa lımite con simetrıa axial 14.5.1. Caso a) δ Ro 14.5.2. Caso b) Ro ～ δ 14.6. Estructura de un vortice viscoso 14.7. Soluciones numericas de capa limite 14.7.1. Metodos integrales 14.7.2. Metodos numericos en capa limite 14.8. Capa limite termica 14.9. Conveccion forzada. Analogia de Reynolds 14.9.1. Influencia del numero de Prandtl en el flujo de calor 14.10. Soluciones de semejanza en conveccion forzada 14.11. Conveccion libre 14.12. Estructura de las ondas de choque Captulo 15 Estabilidad hidrodinamica 15.1. Introduccion 15.2. Analisis modal de la estabilidad hidrodinamica 15.3. Estabilidad de una entrefase. Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz 15.4. Rotura de un chorro capilar 15.5. Inestabilidad centrifuga 15.6. Estabilidad de corrientes paralelas 15.6.1. Estabilidad no viscosa. Ecuacion de Rayleigh 15.7. Estabilidad espacial 15.7.1. Estabilidad de una capa de mezcla 15.7.2. Estabilidad de la capa l´ýmite de Blasius 15.8. Inestabilidad termica. Problema de B´enard Capitulo 16 Turbulencia 16.1. Caracteristicas generales de los movimientos turbulentos 16.2. Ecuaciones de Reynolds 16.3. El problema de cierre 16.4. Dispersion turbulenta de un escalar pasivo 16.5. Turbulencia parietal 16.5.1. Turbulencia en conductos de secci´on circular 16.6. Turbulencia libre 16.6.1. Chorro turbulento 16.6.2. Estelas 16.6.3. Capa de mezcla 16.6.4. Penachos termicos 16.7. Simulacion numerica en turbulencia 16.7.1. Modelo k . å 16.7.2. Modelo de ecuaciones para los esfuerzos aparentes de Reynolds (RSEM) 16.7.3. Simulacion numerica directa (DNS) 16.7.4. Simulacion de la escala grande (LES) Capítulo 17 Flujo turbulento en conductos y canales 17.1. Introduccion 17.2. Hipotesis basicas y ecuaciones del movimiento 17.3. Flujo de liquidos en conductos 17.3.1. Movimiento casi-estacionario de liquidos en conductos 17.3.2. Movimiento no-estacionario de l´ýquidos en conductos 17.4. Movimiento casi-estacionario de gases en conductos 17.4.1. Movimientos de gases a bajos numeros de Mach 17.4.2. Conducto de seccion constante aislado termicamente 17.4.3. Conducto de secci´on constante con adicion de calor y sin friccion 17.5. Perdidas de carga localizadas 17.5.1. Ensanchamiento brusco de una tuber´ýa 17.5.2. Contracci´on brusca 17.5.3. Ensanchamiento gradual 17.5.4. Codos 17.5.5. V´alvulas, bifurcaciones y otros dispositivos hidr´aulicos 17.6. Flujo turbulento en canales abiertos 17.6.1. Flujo lentamente variable 17.6.2. Aplicacion practica al calculo del flujo detras de una presa 17.6.3. Flujo rapidamente variable Apendice 17.I Coeficiente de Manning Indice alfabetico