Mecánica de los Fluidos
Visualizaciones de flujo
de interés ilustrativo práctico en la
comprensión de la materia
Experiencia de Reynolds
Flujo Laminar versus Flujo Turbulento
Turbulento
Laminar
Distinción entre flujo
adherido y flujo separado
Zonas de flujo separado:
estructura caótica con
macroturbulencia
(baja velocidad media y
baja presión
Líneas de corriente observadas
como líneas de traza, mediante
inyección de humo o de tinta
Líneas de corriente observadas con
partículas trazadoras
(fotografía instantánea con un cierto
lapso de apertura del diafragma)
Perfil aerodinámico: Flujo adherido a bajo ángulo de
ataque (izquierda). Flujo separado a gran ángulo (derecha)
Eliminación de la separación de flujo por modificación de la geometría
Flujo alrededor de un cilindro circular:
Flujo adherido a muy bajo Re (régimen de
Stokes)
Flujo separado a Re mayores:
Observe el diferente patrón del flujo
separado tras el cilindro.
Vórtices alternados (calle de Von Karman)
a Re moderados y altos
Vórtices simétricos a Re bajos
Flujo alrededor de un cilindro circular: a Re creciente se observa la
formación de estructura de flujo separado en forma de “calle” de
torbellinos alternados, denominado de Von Karman
Flujo alrededor de una esfera: a Re
creciente se observa la aparición de la
separación de flujo.
En éste caso no existe patrón de
torbellinos alternado.
Estructuras de flujo separado por detrás de una
placa plana normal al flujo
Evolución de la separación de flujo en forma de torbellinos,
en un movimiento que arranca del reposo
Diferentes patrones de separación de flujo alrededor de
una casa, de menor a mayor velocidad del viento
Diferentes patrones de separación de flujo
alrededor de tres cuerpos de diferentes
proporciones
Flujo separado organizado en un
par de torbellinos por detrás de
un automóvil
Flujo de capa límite
Sobre una placa plana
(caso de gradiente de presión
nulo)
En un conducto convergente
(caso de gradiente de presión
favorable)
En un conducto divergente
(caso de gradiente de presión
adverso). En esta situación se
observa la separación de la
capa límite cuando el
gradiente adverso es
excesivo.
Nacimiento de la capa
límite laminar sobre una
placa plana
Estela viscosa aguas debajo
de un perfil, consecuencia
directa de la existencia de la
capa límite sobre el cuerpo
Separación de la capa límite
por detrás de un cuerpo
Separación de la capa límite
sobre una placa plana con
gradiente de presión adverso
Éste es generado en el flujo de
punto de impacto sobre una
placa normal a la corriente
Separación de la capa límite
laminar sobre un cilindro circular.
se observa la inversión de flujo
que caracteriza a la separación
Separación en un conducto
divergente: se observa la
inversión de flujo que
caracteriza a la separación
Flujo alrededor de una esfera:
Re = 105 separación laminar, zona muy extensa con gran resistencia aerodinámica
Re = 3 105 separación turbulenta, región reducida, con menor resistencia aerodinámica
Flujo alrededor de una esfera: Re ~ 2 105
Separación de capa límite laminar: zona muy extensa con gran resistencia aerodinámica
Separación de capa límite turbulenta: transición forzada por casquete rugoso en la zona
delantera del cuerpo. Zona separada reducida, con menor resistencia aerodinámica
Estelas de flujo
separado: caso de
estructura en forma de
torbellinos o vórtices
alternados
(denominada Calle de
Vórtices de Von
Karman)
Estela de flujo
separado: caso
de estructura en
forma de
torbellinos o
vórtices
simétricos
Flujo alrededor de una placa plana
con ángulo de ataque: sin y con
succión de capa límite en la cara
superior
Sin succión de capa límite
Con succión de capa límite
Flujo en un conducto divergente plano:
sin y con succión de capa límite en
ambas caras
Sin succión de capa límite
Con succión de capa límite
Visualización del movimiento fluido. Observe la
deformación angular del fluido.
Visualización en la naturaleza
del flujo asociado a tornados:
combinación de un sumidero y
un vórtice irrotacional
Separación de flujo con
posterior re adherencia:
llamadas “burbujas de separación
laminar” pues éste fenómeno se
produce en una capa límite en éste
régimen
“Burbujas de
separación laminar”
vistas con
escurrimiento de tinta
superficial
Visualización de flujo interno:
Flujo en conductos
Longitud de entrada desde un depósito a una tubería
Observe el desarrollo del perfil de velocidades y la tendencia al flujo totalmente
desarrollado
Contracción y expansión brusca en un conducto :
Observe que en la contracción (figura izquierda) no existe separación de flujo sino
una zona de estancamiento (color amarillo), a excepción de una pequeña zona
separada de fluido recirculante en la sección menor (color rojo).
En cambio, en la expansión (figura derecha) el flujo se separa considerablemente
formando torbellinos de fluido recirculante (en rojo).
Difusor (expansión progresiva) :
En la figura izquierda, el flujo está prácticamente adherido en su totalidad,
exceptuando una pequeña burbuja de separación (en amarillo) : esto
corresponde a un caudal bajo.
En la figura derecha, el flujo está completamente separado (rojo) :
corresponde a un caudal alto.
Codo de 90º :
Observe el peor caso (inferior
izquierda): el flujo está completamente
separado en dos zonas extensas. Con
un codo redondeado (superior izquierda)
la situación mejora considerablemente :
existe sin embargo una pequeña zona
de flujo separado.
La separación de flujo se elimina en
ambas geometrías con álabes o perfiles
directrices que encauzan el flujo
eliminando la separación (figuras de la
derecha).
Entrada desde un depósito
Entrada recta:
El flujo se separa formando
la denominada "vena
contracta", que reduce la
sección efectiva.
Boca de Borda:
Similar a la entrada recta pero de muy
fácil construcción
Entrada redondeada:
El caso óptimo, sin
separación de flujo, pero
complicado
constructivamente.
Entrada al sesgo:
Indeseable; la separación de
flujo es muy grande.
Boca de Borda con entrada acampanada:
se ha eliminado la separación.
Descarga de un orificio:
Orificio en pared gruesa con
entrada redondeada: el flujo
se encauza de manera
suave.
Orificio en pared delgada:
observe el fenómeno de la
contracción de la vena fluida
Visualizaciones de Cavitación
Formación de cavidad de vapor de agua en
zonas de baja presión (zonas de alta velocidad)
Formación de cavidad de vapor de
agua en zonas de baja presión (zonas
de alta velocidad.
Caso de extradós de perfiles
sustentadores
Efectos destructivos de la cavitación:
El daño se produce por acción de fatiga en
las zonas dónde las cavidades “inplotan” y
vuelven a fase líquida. El daño se produce
por la acción mecánica de fuertes ondas de
presión a lo largo de un tiempo prolongado
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