Créditos ECTS Créditos ECTS: 3
Horas ECTS Criterios/Memorias Trabajo del Alumno/a ECTS: 51 Horas de Tutorías: 3 Clase Expositiva: 9 Clase Interactiva: 12 Total: 75
Lenguas de uso Castellano, Gallego
Tipo: Materia Ordinaria Máster RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Física de Partículas
Áreas: Física de la Materia Condensada
Centro Facultad de Física
Convocatoria: Primer semestre
Docencia: Con docencia
Matrícula: Matriculable | 1ro curso (Si)
La asignatura de Física de Fluidos pretende profundizar en el conocimiento de los fluidos. Se introducirán las ecuaciones dinámicas de conservación de la masa, momento y energía que permitirán resolver varios problemas clásicos (Poiseuielle, Stokes, capa límite, movimiento de una burbuja, introducción a la aerodinámica, etc).
Posteriormente, una vez que se ha alcanzado un desarrollo de la dinámica básica de los fluidos, estos se perturban para estudiar las ondas que se propagan en los mismos con aplicaciones en la atmósfera o en el océano. Seguidamente se introducen las distintas inestabilidades que se pueden desarrollar en el seno de los fluidos con ejemplos que se pueden observar diariamente. Finalmente, se introduce al alumno a la turbulencia.
El programa se complementa con la realización de simulaciones numéricas y problemas que ayudan a visualizar más claramente los conceptos que se pretenden enunciar en las clases de teoría.
1. Introducción
Definiciones y notaciones. Ejemplos.
Sistemas lagrangianos y eulerianos.
Ecuaciones de Balance. Masa, momento y energía. Tensores de esfuerzo y de deformación.
Ecuación de Navier-Stokes. Ecuación de continuidad.
Aproximaciones a Navier-Stokes: Euler, Bernoulli, Boussinesq e Hidrostática.
Fluidos newtonianos y no-newtonianos.
Reología de materiales viscoelásticos: Función característica. Efecto de mojado en materiales. Polímeros. Fluidos granulares.
Fluidos potenciales/irritacionales.
2. Fluidos Viscosos
Soluciones de Navier-Stokes para fluidos viscosos incompresibles: flujo laminar entre dos placas paralelas, flujo de Couette, flujo de Poiseuille, flujo en un canal de sección regular, película delgada, etc.
Ley de Stokes. Fuerzas sobre una esfera rígida y una burbuja. Reynolds pequeño.
Ecuaciones de la capa límite. Soluciones de Falkner-Skan y Prandtl/Blasius. Reynolds alto.
Fuerzas de resistencia y sustentación. Aerodinámica.
Movimiento oscilatorio de un fluido viscoso.
3. Ondas
Definiciones. Parámetros de ondas.
Ondas gravitacionales superficiales. Efecto de la tensión superficial y la viscosidad. Deriva de Stokes.
Ondas internas en fluidos estratificados. Ondas topográficas. Ondas de Lee.
Ondas en fluidos en rotación.
Ondas geofísicas.
4. Inestabilidades
Estabilidad e inestabilidad. Ecuación de Landau.
Inestabilidad de Rayleigh-Taylor.
Inestabilidad de Rayleigh-Plateau.
Inestabilidad de Saffman-Taylor. Diffusion Limited Aggregation (DLA).
Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz.
Convección. Inestabilidad de Rayleigh-Bénard. Modelo de Lorenz.
Efecto Marangoni. Lágrimas de vino.
Inestabilidad de Taylor-Couette o del flujo entre dos cilindros concéntricos. Vórtices de Taylor.
Inestabilidad por agregación
5. Turbulencia
Turbulencia. Propiedades.
Ecuaciones de conservación promediadas. Tensor de Reynolds.
Problema del cierre. Ecuación de la energía cinética turbulenta (TKE). Modelos RANS de primer orden.
Cascada de energía. Ley de Kolmogorov 5/3.
• D.J. Achenson. Elementary Fluid Dynamics. Clarendon Press. Oxford (1990).
• C. Bailly and G. Comte Bellot. Turbulence. Springer, Heidelberg (2015).
• G. Batchelor. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge Univ. Press (1967).
• H. Bruus. Theoretical Microfluidics. Oxford Univ. Press (2008).
• S. Chandrasekhar. Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability. Dover Pub. NY (1961).
• A.J. Chorin and J.E. Marsden. A Mathematical Introduction to Fluid Mechanics. Springer-Verlag. NY (1993).
• A.J. Chorin. Vorticity and Turbulence. Springer-Verlag. NY (1994).
• I.G. Currie. Fundamental Mechanics of Fluids. McGraw-Hill (1974).
• T.E. Faber. Fluid Dynamics for Physicists. Cambridge Univ. Press. (1995).
• U. Frisch. Turbulence. Cambridge Univ. Press (1995).
• E. Guyon, J.P. Hulin et L. Petit. Hydrodynamique Physique. Savoirs Actuels, Editions du CNRS (1997).
• P.K. Kundu. Fluid Mechanics. Academic Press (1990).
• L. Landau y E. Lifchitz. Mecánica de Fluidos. Curso de Física Teórica. Tomo 6. Ed. Mir. (1989).
• J. Lighthill. An Informal Introduction to Theoretical Fluid Mechanics. Clarendon Press. (1986).
• W.D. McComb. The Physics of Fluid Turbulence. Oxford Sci. Pub. (1990).
• B.R. Munson, D.F. Young and T.K. Okiisho. Fluid Mechanics. John Wiley & Sons. NY (1990).
• P. Oswald. Rheophysics. Belin (2005).
• S.B. Pope. Turbulent Flows. Cambridge University Press (2000).
• M. Rieutord. Fluid Dynamics: An Introduction. Springer (2015).
• A.H. Shapiro. The Dynamics and Thermodynamics of Compresible Fluid Flow. Wiley (1953).
• D.J. Tritton. Physical Fluid Dynamics. Oxford Sci. Pub. (1988).
• J.S. Turner. Buoyancy Effects in Fluids. Cambridge Univ. Press (1973).
• M. van Dyke. An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford CA (1982).
• F.M. White. Fluid Mechanics. McGraw Hill (1994).
Básicas y generales:
CG01 - Adquirir la capacidad de realizar trabajos de investigación en equipo.
CG02 - Tener capacidad de análisis y de síntesis.
CG03 - Adquirir la capacidad para redactar textos, artículos o informes científicos conforme a los estándares de publicación.
CG04 - Familiarizarse con las distintas modalidades usadas para la difusión de resultados y divulgación de conocimientos en reuniones científicas.
CG05 - Aplicar los conocimientos a la resolución de problemas complejos.
CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
Transversales:
CT01 - Capacidad para interpretar textos, documentación, informes y artículos académicos en inglés, idioma científico por excelencia.
CT02 - Desarrollar la capacidad para la toma de decisiones responsables en situaciones complejas y/o responsables.
Específicas:
CE12 - Proporcionar una formación especializada, en los distintos campos que abarca la Física Fundamental: desde la física medioambiental, la física de fluidos o la acústica hasta fenómenos cuánticos y de radiación con sus aplicaciones tecnológicas, médicas, etc.
CE13 - Dominar herramientas interdisciplinares, tanto a nivel teórico como experimental o computacional, para desarrollar con éxito cualquier actividad de investigación o profesional enmarcada en cualquier campo de la Física.
La materia se desarrollará en horas de clase magistrales que se combinarán con seminarios. Se le entregará al estudiante todo el material base necesario para el estudio de la materia. El alumno dispondrá de las horas de tutorías correspondientes.
La evaluación de la materia consistirá en una combinación de las diferentes actividades realizadas en clase por lo que la asistencia es imprescindible. Dentro de las actividades evaluables se encuentran boletines de problemas, pequeños trabajos, y resolución de simulaciones numéricas. Al final de la asignatura se realizará un trabajo más completo que deberá ser expuesto y puesto en común con el resto de la clase.
La evaluación de la materia se compondrá de una combinación de:
- Boletines de problemas y pequeños trabajos de clase: 60%
- Trabajo final de la asignatura y exposición: 40%
Este tipo de evaluación implica que el alumno debe asistir a la mayoría de las clases y mantener una actitud participativa. En caso de una ausencia superior al 20% del total de horas de clase el alumno deberá ser evaluado a través de un examen global de la asignatura.
La realización fraudulenta de cualquier ejercicio o prueba requerida en la evaluación de esta asignatura implicará la calificación de reprobado en la convocatoria correspondiente, independientemente del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Será considerado fraudulento, entre otros, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citaciones a los autores y las fuentes.
Serán necesarias 36 horas de dedicación presencial (100%) del alumno a la asignatura distribuidas de la siguiente forma,
- Docencia teórica 20h
- Docencia interactiva 5h
- Docencia práctica de laboratorio 10h
- Tutorización individual del alumnado 1h
A mayores, es necesario contar con aproximadamente una hora por cada hora presencial de dedicación a la asignatura.
- Trabajo personal del alumnado y otras actividades 39h
Estudio constante, el seguimiento e interiorización al día de los conocimientos introducidos durante las clases teóricas y de seminarios permite al alumno un buen seguimiento de la asignatura y una optimización de su tiempo pudiendo sacar mayor provecho de las clases.
Consultar bibliografía.
Esta asignatura se complementa muy bien con la de Física No Lineal y con la de Microfluidos.
Vicente Pérez Muñuzuri
Coordinador/a- Departamento
- Física de Partículas
- Área
- Física de la Materia Condensada
- Teléfono
- 881814010
- Correo electrónico
- vicente.perez.munuzuri [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Catedrático/a de Universidad
| Lunes | |||
|---|---|---|---|
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 |
| Martes | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 |
| Miércoles | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 |
| Jueves | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 |
| Viernes | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castellano | Aula 7 |
| 24.01.2025 10:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 5 |
| 08.07.2025 12:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 7 |