Capítulo 10. Soluciones aproximadas de la ecuación de Navier-Stokes

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-108 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-108 Explique por qué existe un exceso de velocidad significativo para los valores de rango medio del número de Reynolds en los perfiles de velocidad de la Fig. 10-136, pero no para los valores muy pequeños…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-107 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-107 Suponga que la tubería vertical del problema 10-106 ahora es horizontal. Con la finalidad de lograr la misma razón de flujo volumétrico que la del problema 10-106, debe suministrar un gradiente de presión forzada. Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-106 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-106 Cae agua por una tubería vertical sólo mediante gravedad. El flujo entre las posiciones verticales z1 y z2 está totalmente desarrollado, y en la figura P10-106 se bosquejan los perfiles de velocidad en estas dos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-105 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-105 Calcule las nueve componentes del tensor de esfuerzo viscoso en coordenadas cilíndricas (vea el capítulo 9) para el campo de velocidad del problema 10-104. Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-104 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-104 En este capítulo se trata el vórtice lineal (Fig. P10-104) como un ejemplo de un campo de flujo irrotacional. Las componentes de velocidad son ur
0, uu
/(2pr), y uz
0. Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-103 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-103 Calcule las nueve componentes del tensor de esfuerzo viscoso en coordenadas cilíndricas (vea el capítulo 9) para el campo de velocidad del problema 10-102. Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-102 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-102 En este capítulo se comentó la rotación de cuerpo sólido (Fig. P10-102) como un ejemplo de un flujo invíscido que también es rotacional. Las componentes de velocidad son ur
0, uu
vr, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-101C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-101C Para cada afirmación, elija si la afirmación es verdadera o falsa, y explique su respuesta brevemente: a) La función potencial de velocidad puede definirse para flujos tridimensionales. b) La vorticidad debe ser cero con la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-100 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-100 Considere una capa límite turbulenta sobre una placa plana. Suponga que sólo se conocen dos aspectos: Cf, x ≅ 0.059 · (Rex)1/5 y u ≅ 0.097d. Use la ecuación integral de Kármán para generar una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-99 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-99 Integre la ecuación 5 para obtener la ecuación 6 del ejemplo 10-14, y muestre todo el procedimiento. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-98 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-98 Calcule el valor del factor de forma H para el caso límite de una capa límite infinitamente delgada (Fig. P10-98). Este valor de H es el mínimo valor posible. Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-97 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-97 Compare el factor de forma H (definido en la ecuación 10-95) para una capa límite laminar frente a una turbulenta sobre una placa plana, al suponer que la capa límite turbulenta es turbulenta desde el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-96 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-96 Para la aproximación de seno del problema 10-94, use la definición de coeficiente de fricción local y la ecuación integral de Kármán para generar una expresión para d/x (nota: también necesitará los resultados del problema…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-95 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-95 La componente de velocidad en la dirección de flujo estacionario e incompresible con una capa límite laminar de espesor d sobre placa plana se aproxima por medio del perfil de velocidad de seno del problema…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-94 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-94 El perfil de capa límite de Blasius es una solución exacta de las ecuaciones de capa límite para flujo sobre una placa plana. Sin embargo, es un poco complicado usar los resultados porque los datos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-93 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-93 Para la aproximación lineal del problema 10-92, use la definición de coeficiente de fricción local y la ecuación integral de Kármán para generar una expresión para d/x. Compare su resultado con la expresión de Blasius…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-92 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-92 La componente de velocidad en la dirección de flujo estacionario e incompresible con una capa límite laminar de espesor d sobre placa plana se aproxima mediante la simple expresión lineal u
Uy/d para y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-91 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-91 Compare separación de flujo para una capa límite laminar con una turbulenta. Específicamente, ¿cuál caso se resiste más a la separación del flujo? ¿Por qué? Con base en su respuesta, explique por qué las pelotas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-90 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-90 Explique la implicación de un punto de inflexión en un perfil de capa límite. Específicamente, ¿la existencia de un punto de inflexión infiere un gradiente de presión favorable o adverso? Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-89 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-89 Explique la diferencia entre un gradiente de presión favorable y uno adverso en una capa límite. ¿En cuál caso aumenta la presión corriente abajo? ¿Por qué? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-88 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-88 Se tiene aire a 20°C que fluye a V
80.0 m/s sobre una placa plana lisa de longitud L
17.5 m. Grafique el perfil de capa límite turbulenta en variables físicas (u…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-87 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-87 Se tiene aire a 20°C que fluye a V
5.0 m/s paralelo a una placa plana (Fig. P10-87). El frente de la placa está redondeado, y la placa mide 40 cm de largo. El…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-86I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-86I Se tiene aire a 70°F que fluye paralelo a una delgada placa plana lisa a 15.5 ft/s. La placa mide 10.6 ft de largo. Determine si la capa límite sobre la placa más probablemente es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-85I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-85I Se construye un pequeño túnel de viento axisimétrico de baja velocidad para calibrar anemómetros de hilo calientes. El diámetro de la sección de prueba es de 6.0 in, y su longitud de 10.0 in. El…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-84 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-84 Con la finalidad de evitar interferencia de capa límite, los ingenieros diseñan una “pala de capa límite” para pasar rozando la capa límite en un gran túnel de viento (Fig. P10-84). La pala se construye…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-83 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-83 Repita el cálculo del problema 10-82, excepto que ahora la sección de prueba tiene sección transversal cuadrada en vez de redonda, con una sección transversal de 40 cm 40 cm y una longitud de 60…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-82 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-82 Un túnel de viento de flujo laminar tiene una sección de prueba que mide 40 cm de diámetro y 60 cm de largo. El aire está a 20°C. A velocidad de aire uniforme de 2.0…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-81 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-81 En este capítulo se ofrecen dos definiciones de espesor de desplazamiento. Escriba ambas definiciones en sus propias palabras. Para la capa límite laminar creciente sobre una placa plana, ¿cuál es más grande: el espesor de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-80 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-80 Una dimensión de una placa plana rectangular es el doble de la otra. Se tiene aire con velocidad uniforme que fluye paralelo a la placa, y una capa límite laminar se forma en ambos lados…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-79I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-79I Para el pequeño túnel de viento del problema 10-73I, suponga que el flujo permanece laminar y estime el espesor, el espesor de desplazamiento y el espesor de la cantidad de movimiento de la capa límite…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-78 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-78 Considere la solución de Blasius para una capa límite laminar sobre placa plana. La pendiente adimensional en la pared está dada por la ecuación 8 del ejemplo 10-10. Transforme este resultado en variables físicas y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-77 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-77 Con sus propias palabras, haga una lista de por lo menos tres “banderas rojas” por observar cuando se realizan cálculos de capa límite laminar. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-76 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-76 Con sus propias palabras, resuma los cinco pasos del procedimiento de este límite. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-75 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-75 Considere dos tomas de presión a lo largo de la pared con una capa límite laminar, como en la figura P10-74. El fluido es aire a 25°C, U1
10.3 m/s y la presión estática…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-74 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-74 La presión estática P se mide en dos posiciones a lo largo de la pared con una capa límite laminar (Fig. P10-74). Las presiones medidas son P1 y P2, y la distancia entre las tomas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-73I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-73I Se tiene aire que fluye a través de la sección de prueba de un pequeño túnel de viento con velocidad V
7.5 ft/s. La temperatura del aire es de 80°F, y la longitud de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-72 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-72 Se tiene aire que fluye paralelo a una señal de límite de velocidad a lo largo de una autopista, con una velocidad V
5.0 m/s. La temperatura del aire es de 25°C, y el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-72I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-72I Se tiene aire que fluye paralelo a una señal de límite de velocidad a lo largo de una autopista, con una velocidad V
5.0 m/s. La temperatura del aire es de 25°C, y el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-71I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-71I Se tiene agua que fluye sobre la aleta de un pequeño vehículo submarino con una velocidad V
6.0 mi/h (Fig. P10-71I). La temperatura del agua es de 40°F, y la longitud de la cuerda…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-70 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-70 Se tiene aire a 30°C que fluye a una velocidad uniforme de 25.0 m/s a lo largo de una placa plana lisa. Calcule la posición x aproximada a lo largo de la placa, donde la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-69C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-69C ¿Qué es un alambre provocador de turbulencia y cuál es su propósito?

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-68C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-68C En la figura P10-68C se bosqueja una capa límite laminar que crece a lo largo de una placa plana. También se muestran varios perfiles de velocidad y el espesor de la capa límite d(x). Bosqueje…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-67C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-67C Por lo general se considera que las capas límite ocurren a lo largo de paredes sólidas. Sin embargo, existen otras situaciones de flujo en donde la aproximación de capa límite también es apropiada. Mencione tres…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-66C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-66C Para cada afirmación, elija si la afirmación es verdadera o falsa, y discuta su respuesta de manera breve. Estas afirmaciones conciernen a una capa límite laminar sobre una placa plana (Fig. P10-66C): a) En una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-65 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-65 En este capítulo se dio una afirmación en el sentido de que la aproximación de capa límite “tiende un puente en la separación” entre la ecuación de Euler y la ecuación de NavierStokes. Explíquelo.

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-64 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-64 ¿Cuál es la paradoja de d’Alambert? ¿Por qué es paradoja? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-63 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-63 La función de corriente para flujo bidimensional estacionario incompresible sobre un cilindro circular de radio a y velocidad de flujo libre V es c
V sen u(r  a2/r) para el caso en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-62 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-62 Considere un vórtice lineal irrotacional de intensidad  en el plano xy o ru. Las componentes de velocidad son y . Genere expresiones para la función potencial y la función de corriente para el vórtice…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-61 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-61 Considere una fuente lineal irrotacional de intensidad V . /Len el plano xy o ru. Las componentes de velocidad son y . En este capílo se comenzó con la ecuación para uu para generar expresiones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 10-60 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 10-60 Considere una corriente uniforme de velocidad V inclinada a un ángulo a (Fig. P10-60). Si supone flujo irrotacional planar incompresible, encuentre la función potencial y la función de corriente. Muestre todo el procedimiento. Respuestas: f…