Fundamentos y aplicaciones de la mecánica de fluidos /
Antonio Barreiro Ripoll, Miguel Pérez-Saborid Sánchez-Pastor
- Madrid : McGraw-Hill, 2005
- viii, 565 p. : fig. ; 24 cm
Incluye índice alfabético
1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS FLUIDOS 1.1. Sólidos, líquidos y gases 1.2. Estructura molecular de la materia 1.3. La hipótesis de fluido como medio continuo 1.4. Interpretación estadística de algunas variables fluidas 1.4.1. Energía interna 1.4.2. Presión 1.4.3. Entropía 2. TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS FLUIDOMECÁNICOS 2.1. Termodinámica del equilibrio 2.2. Equilibrio termodinámico local 2.3. Gases perfectos 2.4. Líquidos perfectos 2.5. Mezclas de gases perfectos 2.6. Fenómenos de transporte 2.6.1. Fenómenos de transporte difusivo 2.6.2. Transporte convectivo. Flujo convectivo de una magnitud fluida 3. CINEMÁTICA DE LOS FLUIDOS 3.1. Especificación del campo fluido 3.1.1. Trayectorias 3.1.2. Líneas de corriente 3.1.3. Traza 3.1.4. Derivada sustancial 3.2. Teorema del transporte de Reynolds 3.3. Análisis de las velocidades en el entorno de un punto 3.4. Función de corriente 3.5. Campo de velocidades inducido por una distribución de vorticidad 4. FUERZAS MACROSCÓPICAS SOBRE LOS FLUIDOS. FLUIDOESTÁTICA 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. Fluidoestática 4.4.1. Condiciones de equilibrio 4.4.2. Hidrostática. Algunos casos simples de fuerzas másicas aplicadas 4.4.3. Fuerza sobre un cuerpo sumergido. Principio de Arquímedes 4.4.4. Equilibrio de gases. Atmosfera estándar 4.5. Tensión superficial 4.5.1. Condiciones de equilibrio a través de la interfase de dos fluidos no miscibles 4.5.2. Determinación de la interfase de separación entre dos fluidos no miscibles en reposo 5. ECUACIONES GENERALES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS 5.1. Introducción 5.1.1. Principio de conservación de la masa. Ecuación de continuidad 5.1.2. Ecuación de cantidad de movimiento 5.1.3. Ecuación de la energía 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 conservación en forma integral 5.4. Métodos de estudio de los problemas fluidomecánicos Apéndice 5.I. Ecuaciones de Navier-Stokes en diferentes sistemas de coordenadas Apéndice 5.II. Ecuaciones de conservación para mezclas reactantes Apéndice 5.III. Aplicaciones de la ecuación de la entropía en forma integral 6. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA FÍSICA 6.1. Introducción 6.2. Cantidades dimensionales y adimensionales. Semejanza geométrica 6.3. Teorema Π 6.4. Ejemplos de aplicación del análisis dimensional 6.4.1. Gasto de líquido a través de un vertedero 6.4.2. Movimiento estacionario de un fluido incompresible alrededor de un obstáculo 6.5. Semejanza física 7. MOVIMIENTOS UNIDIRECCIONALES 7.1. Introducción 7.2. Movimiento unidireccional de líquidos 7.2.1. Movimientos unidireccionales estacionarios 7.2.2. Corriente de Hagen-Poiseuille en un conducto de sección circular constante 7.2.3. Movimientos unidireccionales no estacionarios 7.2.4. Flujos unidireccionales con geometría cilíndrica 7.3. Corriente de Couette compresible 7.3.1. Perfiles de velocidad en la corriente de Couette Apéndice 7.I. Introducción a las soluciones de semejanza Apéndice 7.II. Introducción a los métodos de perturbaciones 8. MOVIMIENTO CASI-UNIDIRECCIONAL DE LÍQUIDOS CON VISCOSIDAD DOMINANTE 8.1. Flujo en conductos de sección lentamente variable 8.2. Tubos de longitud finita. Efecto de entrada 8.3. Movimiento en capas liquidas. Lubricación fluidomecánica 8.4. Capas líquidas tridimensionales. Ecuación de Reynolds 8.5. Movimiento de un lubricante en un cojinete 8.5.1. Cojinete largo 8.5.2. Cojinetes cortos Apéndice 8.I. Integración numérica. Método de líneas 9. MOVIMIENTOS DE FLUIDOS A NÚMEROS DE REYNOLDS PEQUEÑOS 9.1. Introducción 9.2. Ecuaciones de Stokes 9.3. Movimiento alrededor de una esfera 9.3.1. Ley de Stokes 9.3.2. Aproximación de Oseen 9.4. Movimiento alrededor de un cilindro circular. Paradoja de Stokes 9.5. Velocidad de sedimentación 9.6. Movimiento de fluidos a través de medios porosos 9.6.1. Descripción macroscópica y ecuaciones del flujo 9.6.2. Condiciones iniciales y de contorno 10. Flujos a grandes números de Reynolds. Ecuaciones de Euler 10.1. Introducción 10.2. Ecuaciones de Euler 10.3. Condiciones iniciales y de contorno 10.4. Continuidad, existencia y unicidad de la solución 10.5. Movimientos isentrópicos y homentrópicos 10.6. Ecuación de Euler-Bernouilli 10.7. Magnitudes de remanso 10.8. Vorticidad y circulación del vector velocidad 10.9. Líneas y tubos de vorticidad 10.10. Teorema de Bjerkness-Kelvin 10.11. Potencial de velocidades 10.12. Vórtices 10.13. Movimiento casi-unidireccional de fluidos ideales 10.13.1. Movimiento de líquidos 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 través de una turbomáquina 10.14.2. Aplicación a la carga de depósitos Apéndice 10.I. Magnitudes fluidas en un flujo isentrópico 11. ONDAS LINEALES EN FLUIDOS 11.1. Ondas sonoras. Introducción 11.1.1. Ecuación de la energía para el campo sonoro 11.1.2. Ondas planas 11.1.3. Ondas monocromáticas 11.1.4. Reflexión y transmisión de ondas sonoras 11.1.5. Emisión de sonido 11.1.6. Efectos de la viscosidad y de la conducción térmica en la propagación de ondas sonoras 11.1.7. Ondas sonoras en medios no homogéneos en movimiento 11.2. Ondas lineales en líquidos 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 obstáculo 12. ONDAS NO-LINEALES 12.1. Introducción 12.2. Movimiento unidireccional de un gas 12.3. Discontinuidades en movimientos de fluidos ideales 12.4. Ecuaciones de conservación a través de una discontinuidad 12.4.1. Discontinuidad tangencial 12.4.2. Discontinuidad normal u onda de choque 12.5. Relación de Hugoniot 12.6. Ondas de choque normales 12.7. Ondas de Mach y ondas de choque oblicuas 12.8. Expansión de un flujo supersónico 12.8.1. Expansión de Prandtl-Meyer 12.8.2. Ondas simples estacionarias en una corriente supersónica 12.9. Aguas someras. Movimiento casi-unidireccional, no estacionario Apéndice 12.1. Salto de magnitudes a través de una onda de choque Apéndice 12.IT. Función de Prandtl-Meyer 13. FLUJO POTENCIAL ALREDEDOR DE OBSTÁCULOS 13.1. Introducción 13.2. Ecuaciones y condiciones de contorno de flujos potenciales 13.3. Movimiento bidimensional de líquidos 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 cuñas 13.6. Flujos potenciales axilsimétricos 13.7. Flujos potenciales no estacionarios 13.8. Fuerza sobre un perfil. Fórmula de Kutta 13.9. Generación de circulación en un perfil bidimensional. Hipótesis de Kutta-Joukowski 13.10. Características aerodinámicas de perfiles 13.11. Teoría linealizada de perfiles en régimen incompresible 13.11.1. Problema de espesor 13.11.2. Problema sustentador. Curvatura y ángulo de ataque 13.12. Alas de envergadura finita 13.12.1. Teoría de la línea sustentadora 13.12.2. Solución de la ecuación integral de Prandtl 13.13. Métodos numéricos en flujos potenciales 13.13.1. Fórmula de Green 13.13.2. Método de paneles 14. EFECTOS DE LA VISCOSIDAD Y DE LA CONDUCCIÓN DE CALOR 14.1. Concepto de capa límite 14.2. Ecuaciones y condiciones de contorno 14.3. Algunas propiedades de las ecuaciones de capa límite 14.4. Soluciones de semejanza de Falkner-Skan 14.5. Capa límite con simetría axial 14.5.1. Caso a) < Ro 145.2. Caso b) Ro O 0.0 14.6. Estructura de un vórtice viscoso 14.7. Soluciones numéricas de capa límite 14.7.1. Métodos integrales 14.7.2. Métodos numéricos en capa límite 14.8. Capa límite térmica 14.9. Convección forzada. Analogía de Reynolds 14.9.1. Influencia del número de Prandtl en el flujo de calor 14.10. Soluciones de semejanza en convección forzada 14.11. Convección libre 14.12. Estructura de las ondas de choque 15. ESTABILIDAD HIDRODINÁMICA 15.1. Introducción 15.2. Análisis modal de la estabilidad hidrodinámica 15.3. Estabilidad de una entrefase. Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz 15.4. Rotura de un chorro capilar 15.5. Inestabilidad centrífuga 15.6. Estabilidad de corrientes paralelas 15.6.1. Estabilidad no viscosa. Ecuación de Rayleigh 15.7. Estabilidad espacial 15.7.1. Estabilidad de una capa de mezcla 15.7.2. Estabilidad de la capa límite de Blasius 15.8. Inestabilidad térmica. Problema de Bénard 16. TURBULENCIA 16.1. Características generales de los movimientos turbulentos 16.2. Ecuaciones de Reynolds 16.3. El problema de cierre 16.4. Dispersión turbulenta de un escalar pasivo 16.5. Turbulencia parietal 16.5.1. Turbulencia en conductos de sección circular 16.6. Turbulencia libre 16.6.1. Chorro turbulento 16.6.2. Estelas 16.6.3. Capa de mezcla 16.6.4. Penachos térmicos 16.7. Simulación numérica en turbulencia 16.7.1. Modelo k − ε 16.7.2. Modelo de ecuaciones para los esfuerzos aparentes de Reynolds (RSEM) 16.7.3. Simulación numérica directa (DNS) 16.7.4. Simulación de la escala grande (LES) 17. FLUJO TURBULENTO EN CONDUCTOS Y CANALES 17.1. Introducción 17.2. Hipótesis básicas y ecuaciones del movimiento 17.3. Flujo de líquidos en conductos 17.3.1. Movimiento casi-estacionario de líquidos en conductos 17.3.2. Movimiento no-estacionario de líquidos en conductos 17.4. Movimiento casi-estacionario de gases en conductos 17.4.1. Movimientos de gases a bajos números de Mach 17.4.2. Conducto de sección constante aislado térmicamente 17.4.3. Conducto de sección constante con adición de calor y sin fricción 17.5. Pérdidas de carga localizadas 17.5.1. Ensanchamiento brusco de una tubería 17.5.2. Contracción brusca 17.5.3. Ensanchamiento gradual 17.5.4. Codos 17.5.5. Válvulas, bifurcaciones y otros dispositivos hidráulicos 17.6. Flujo turbulento en canales abiertos 17.6.1. Flujo lentamente variable 17.6.2. Aplicación práctica al cálculo del flujo detrás de una presa 17.6.3. Flujo rápidamente variable Apéndice 17.I. Flujo turbulento en canales. Coeficiente de Manning
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MECANICA DE FLUIDOS HIDROSTATICA HIDRODINAMICA CORRIENTE DE FLUIDOS VISCOSIDAD