UNLP
Planilla de Actividades Curriculares
Código: A0108
Introducción a la Mecánica de Fluidos Computacional
Última Actualización de la Asignatura: 16/09/2015

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CARRERAS PARA LAS QUE SE DICTA

Carrera Plan Carácter Cantidad de Semanas Año Semestre
03005 - Ingeniería Mecánica 2002 Optativa
Totales: 20
Clases: 16
Evaluaciones: 4
5to Desde el 10º  info
Se dicta en  el 2º semestre del año

CORRELATIVIDADES
Ingeniería Mecánica - Plan 2002
PARA CURSAR PARA PROMOCIONAR
(A0052) Mecánica de los Fluidos (Fluidodinámica)
(F0310) Matemática D1
(A0052) Mecánica de los Fluidos (Fluidodinámica)
(F0310) Matemática D1

INFORMACIÓN GENERAL 

Área: Aerodinamica y Fluidodinamica
Departamento: Aeronautica

Ingeniería Mecánica - 2002 plegar-desplegar

Tipificación: Tecnologicas Aplicadas

CARGA HORARIA

HORAS CLASE
TOTALES: 64hs SEMANALES: 4 hs
TEORÍA
32 hs
PRÁCTICA
32 hs
TEORÍA
2 hs
PRÁCTICA
2 hs

FORMACIÓN PRÁCTICA
Formación Experimental
16 hs
Resol. de Problemas abiertos
16 hs
Proyecto y Diseño
hs
PPS
hs

TOTALES CON FORMACIÓN PRÁCTICA: 96 hs

HORAS DE ESTUDIO ADICIONALES A LAS DE CLASE (NO ESCOLARIZADAS)
TEORÍA

20 hs

PRÁCTICA

30 hs


PLANTEL DOCENTE

Profesor Titular - Ordinario, Dedicación Exclusiva  
Dr/a.Scarabino, Ana Elena   mail scarabino@ing.unlp.edu.ar

Profesor Adjunto - Ordinario, Dedicación Exclusiva  
Ing.Bacchi, Federico Alfredo   mail fbacchi@ing.unlp.edu.ar

Profesor Adjunto - Interino, Dedicación Simple  
Mag.Jáuregui Lorda, Matías   mail matias.jaureguilorda@ing.unlp.edu.ar

Colaborador - Colaborador, Dedicación Simple  
Mag.Ho, Yen Kun   mail yen-kun.ho@ing.unlp.edu.ar

OBJETIVOS

Capacitar a los estudiantes en los aspectos formales de la formulación de modelos discretos en problemas de la Mecánica de los Fluidos, empleando las técnicas Diferencias Finitas y Volúmenes Finitos. Presentar el análisis físico de los problemas a resolver, aspectos numéricos de la solución, principios de diseño de mallas, estabilidad y convergencia de un método, nivel de error y confiabilidad de la solución, comportamiento físico de la solución, necesidad del análisis de los errores asociados a la utilización de estas técnicas y análisis de la estabilidad de los esquemas numéricos adoptados, haciendo hincapié en el requerimiento de verificar y/o validar los resultados computacionales obtenidos

PROGRAMA SINTÉTICO

Repaso de conceptos de Mecánica de los Fluidos. Discretización de ecuaciones diferenciales. Métodos numéricos y sus propiedades: consistencia, estabilidad, convergencia, precisión. Condiciones de borde. Método de las Diferencias Finitas. Método de los Volúmenes Finitos. Problemas no estacionarios. Tratamiento numérico de las ecuaciones de Navier-Stokes. Modelos de turbulencia. Modelos para flujos compresibles.

PROGRAMA ANALÍTICO 

Año: 2017, semestre: 1

Vigencia: 01/01/2015 - Actualidad

1. Repaso de ecuaciones y conceptos de Mecánica de los Fluidos. Conservación de masa, cantidad de movimiento, energía y otros escalares. Formulaciones diferencial e integral. Modelos de flujo incompresible, potencial, “creeping flow”, de capa límite, aproximación de Boussinesq. Clasificación matemática: flujos hiperbólicos, parabólicos, elípticos y mixtos.

2. Métodos numéricos y sus propiedades:
Posibilidades y limitaciones. Componentes de un método y solución numérica. Modelo matemático. Discretización. Aproximaciones finitas. Propiedades de un método numérico: consistencia, estabilidad, convergencia, conservación, realizabilidad, precisión. Errores de modelado, de discretización, de convergencia.

3. Método de las Diferencias Finitas.
Introducción. Diferencias finitas en 1D. Desarrollo en Serie de Taylor. Aproximaciones para derivadas de distinto orden. Resolución del sistema de ecuaciones. Análisis de error, teorema de Lax. Precisión y número de puntos. Diferencias finitas en 2 y 3 dimensiones. Ecuación de convección-difusión en diferencias finitas. Número de Peclet.

4. Método de los Volúmenes Finitos.
Introducción. Aproximación de integrales de superficie. Aproximación de integrales de volumen. Interpolación y derivación. Condiciones de borde. Sistema de ecuaciones algebraicas resultante.

5. Problemas no estacionarios.
Métodos para problemas de valor inicial. Esquemas explícitos e implícitos. Número de Courant-Friedrichs-Levy. Estabilidad condicional e incondicional. Aplicación a la ecuación general de transporte.

6. Modelado de las ecuaciones de Navier-Stokes.
Discretización de términos convectivos, difusivos, de presión y fuerzas de masa. Colocación de variables en la malla. Formulaciones “staggered” (decaladas). Restricción de incompresibilidad. Algoritmos SIMPLE, SIMPLEC, SIMPLER y PISO.

7. Modelos de turbulencia.
Descripción de la turbulencia. Ecuaciones de Reynolds y el problema de clausura. Modelos RANS de una y dos ecuaciones. LES y DNS: dificultades de implementación.

8. Flujos compresibles.
Ecuaciones básicas. Métodos para flujos compresibles. Condiciones de contorno. Captura de ondas de choque

BIBLIOGRAFÍA

Año: 2017, semestre: 1

Vigencia: 01/01/2015 - Actualidad

Ferziger J. and Peric M.: Computational Methods for Fluid Dynamics, 3era. edición, Springer Verlag, 2002.
Blazek, J. Computational Fluid Dynamics: Principles And Applications. Elsevier 2005.
Manuales de Fluent 6.3 y ANSYS CFD.

ACTIVIDADES PRÁCTICAS

La materia incluye cuatro trabajos prácticos de resolución de problemas analíticos y numéricos por programación individual y cinco de resolución de problemas con software específico para Mecánica de Fluidos Computacional.

METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA

La materia se dicta dos veces por semana, con dos horas clase cada día, correspondientes a contenidos teóricos-prácticos y su integración en resolución de problemas cerrados y problemas de diseño. Las clases que involucran la utilización de programas de cómputo se llevarán a cabo en el Aula Virtual, con programas abiertos o bajo licencia del Grupo Fluidodinámica Computacional GFC. Los horarios de consulta serán establecidos antes del inicio de las clases, pudiendo los alumnos realizar consultas no sólo en los horarios mencionados sino también después de cada clase teórica y en la práctica.

SISTEMA DE EVALUACIÓN

El curso se aprobará con una evaluación teórico-práctica escrita de carácter individual y la aprobación de informes de todas las prácticas dictadas. Se otorgará promoción con la aprobación de los informes y nota 6 o más en la evaluación escrita, para la que se prevé una fecha y dos recuperatorios. En caso de aprobar con nota mayor o igual a 4 pero menor que 6, se aprobará la cursada, debiendo rendirse el examen final en las fechas previstas por la Facultad.

MATERIAL DIDÁCTICO

Presentación desarrollada por la cátedra: “Introducción a CFD”, A. Scarabino – F. Bacchi.
Guía de Trabajos Prácticos, A. Scarabino – F. Bacchi.
Apunte “Métodos Numéricos en Fenómenos de Transporte”, Norberto Nigro y Mario Storti, Correspondiente al curso de postgrado del mismo nombre dictado en la Facultad de Ingeniería de la UNLP durante febrero y marzo de 2009 por el Dr. N. Nigro

ACTIVIDAD LABORATORIO-CAMPO


Actividad #1
Tema
Prácticas a realizar en PC en Aula Virtual 
Nombre
 
Laboratorio
Aula Virtual / Gabinete de computación 
Días y Horarios
-
Descripción


1) Aplicación del método de Volúmenes Finitos a un problema de flujo laminar incompresible con simetría de revolución: Flujo laminar estacionario en un conducto. Condiciones de contorno. Comparación con resultados analíticos.

2)Aplicación del método de Volúmenes Finitos al cálculo de una capa límite laminar. Criterios de densificación de mallado. Comparación con resultados analíticos.

3)Aplicación del método de Volúmenes Finitos al cálculo del flujo entorno a un perfil aerodinámico. Importación de geometrías. Integración de esfuerzos y cálculo de sustentación y resistencia. Comparación con resultados experimentales.

4)Aplicación del método de Volúmenes Finitos a un problema no estacionario: flujo alrededor de un cilindro circular. Determinación de Nro. de Strouhal y comparación con valores experimentales.

5)Modelo para flujos compresibles. Aplicación del método de Volúmenes Finitos al cálculo del flujo compresible ideal en una tobera convergente-divergente axialsimétrica. Comparación con resultados analíticos en una dimensión.
Herramientas Utilizadas
PCs del Aula Virtual, proyector.

Equipos y elementos de seguridad para esta tarea:

ANTIPARRA CARETASOLDADOR GUANTESPVC
PROTECTORFACIAL CHALECOREFLECTIVO ZAPATOSSEGURIDAD
GUANTESALGODON GUANTESCUERO GUANTESDIELECTRICOS
ANTEOJOSSEGURIDAD PROTECCIONAUDITIVA PROTECCIONRESPIRATORIA
BARBIJOSCASCOS CINTADEMARCATORIA DETECDEFOXIGENO
CONSIGNACIONEQUIPOS MATAFUEGOS ELEMENTSENIALIZACION
ARNESSEGURIDAD EQUIPOPROTECCIONCAIDA RADIOTRANSMISORRECEPTOR

Teniendo en cuenta que las dependencias de la Facultad cumplen con las normas de Seguridad e Higiene establecidas, por las características de las prácticas de laboratorio propuestas, no se requieren elementos de seguridad adicionales para los alumnos o los docentes involucrados.



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