Capítulo 15. Introducción a la dinámica de fluidos computacional

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-104 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-104 Para la aspiradora del problema 15-103, cambie a flujo laminar en lugar de flujo no viscoso y calcule de nuevo el campo de flujo. Compare sus resultados con los del caso de flujo no viscoso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-103 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-103 Genere un domino computacional y una malla, y calcule el flujo de aire hacia una entrada bidimensional de una aspiradora (Fig. P15-103), con la aproximación de flujo no viscoso. Compare sus resultados con los predichos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-102 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-102 Para el flujo de ranura del problema 15-101, cambie a flujo laminar en vez de flujo no viscoso, y vuelva a calcular el campo de flujo. Compare sus resultados con los del caso de flujo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-101 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-101 Considere el flujo de aire en una ranura bidimensional a lo largo del piso de una habitación grande, donde el piso coincide con el eje x (Fig. P15-101). Genere un dominio computacional apropiado y una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-100 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-100 Para el cilindro giratorio de la figura P15-99, genere un parámetro adimensional para la velocidad rotacional en relación con la velocidad de flujo libre (combine las variables v, D y V en un grupo Pi…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-99 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-99 Genere un dominio computacional y una malla, y calcule el flujo turbulento estacionario sobre un cilindro circular giratorio (Fig. P15-99). ¿En qué dirección actúa la fuerza lateral sobre el cuerpo, arriba o abajo? Explíquelo. Grafique…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-98 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-98 Repita los cálculos del problema 15-97 para varios ángulos de ataque de los elementos de calentamiento, de 0 (horizontal) hasta 90° (vertical). Use condiciones de entrada y condiciones de pared sólida idénticas para cada caso.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-97 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-97 Genere un dominio computacional y una malla, y calcule el flujo en el intercambiador de calor de dos etapas del problema 15-24, con los elementos de calentamiento de la primera etapa fijos a un ángulo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-96 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-96 Repita los cálculos del problema 15-95 para varios ángulos de ataque de los elementos de calentamiento, desde 0 (horizontal) hasta 90° (vertical). Use condiciones de entrada y condiciones de pared sólida idénticas para cada caso.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-95 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-95 Suponga que tiene una configuración geométrica bastante compleja y un paquete de la DFC que puede manejar mallas no estructuradas con celdas triangulares. Su paquete de generación de malla puede crear una malla estructurada muy…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-94C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-94C Suponga que tiene una configuración geométrica bastante compleja y un paquete de la DFC que puede manejar mallas no estructuradas con celdas triangulares. Su paquete de generación de malla puede crear una malla estructurada muy…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-93C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-93C ¿Cuál es la diferencia entre formación de mallas múltiples y formación de bloques múltiples? Describa cómo cada uno puede usarse para acelerar un cálculo de la DFC. ¿Es posible aplicar juntos ambos? Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-92C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-92C Considere los modernos sistemas de computadoras con gran memoria y alta velocidad. ¿Qué característica de esta clase de computadoras es muy favorable para solucionar problemas de la DFC con una malla de bloques múltiples con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-91C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-91C Gerry crea el dominio computacional que se bosqueja en la figura P15-91C para simular flujo por una contracción repentina en un ducto bidimensional. Está interesado en la caída de presión promediada en el tiempo (coeficiente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-90 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-90 En el problema 15-18 se aprovecha la simetría superior e inferior cuando se construye el dominio computacional y la malla. ¿Por qué no puede aprovecharse la simetría derechaizquierda en este ejercicio? Repita la explicación para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-89C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-89C Para cada enunciado, elija si es verdadero o falso y explique su respuesta de manera breve. a) La validez física de una solución de la DFC mejora siempre a medida que se hace más fina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-88 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-88 Repita el problema 15-87, pero ahora para varios valores del número de Mach, que van de 1.10 a 3.0. Grafique el ángulo de Mach calculado como una función del número de Mach y compare con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-87 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-87 Genere un dominio computacional para estudiar ondas de Mach en un canal supersónico bidimensional (Fig. P15-87). Específicamente, el dominio debe consistir en un canal rectangular simple con entrada supersónica (Ma 2.0), y con un tope…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-86 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-86 Repita el problema 15-85, pero para flujo turbulento. Compare con el caso laminar. ¿Cuál tiene el menor coeficiente de arrastre? Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-85 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-85 Repita el problema 15-84, pero ahora para un cuerpo axisimétrico. Compare con el caso bidimensional. ¿Cuál tiene el menor coeficiente de arrastre? Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-84 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-84 Genere un dominio computacional para estudiar el flujo laminar incompresible sobre un cuerpo currentilíneo bidimensional (Fig. P15-84). Genere varias formas de cuerpo y calcule el coeficiente de arrastre para cada forma. ¿Cuál es el valor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-83 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-83 Repita el problema 15-82, excepto que ahora elimine la aproximación de flujo no viscoso. En cambio, permita que el flujo sea turbulento, con paredes lisas sin deslizamiento. Compare sus resultados con los del problema 15-82.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-82 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-82 Genere un dominio computacional para estudiar el flujo compresible de aire por una tobera convergente con presión atmosférica en la salida de la tobera (Fig. P15-82). Las paredes de la tobera pueden aproximarse como no…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-81 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-81 Repita el problema 15-80, excepto que ahora cree una habitación tridimensional, con suministro de aire y retorno de aire en el techo. Compare los resultados bidimensionales del problema 15-80 con los resultados tridimensionales más reales…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-80 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-80 Elija una de las configuraciones geométricas de habitación de los problemas 15-77 y 15-79, y añada la ecuación de la energía a los cálculos. En especial, modele una habitación con acondicionamiento de aire. Especifique el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-79 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-79 Repita el problema 15-77, excepto que ahora mueva las aberturas de suministro y retorno a varios lugares del techo. Compare y explique. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-78 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-78 Repita el problema 15-77, excepto que ahora utilice una malla triangular no estructurada. Conserve todo lo demás igual. ¿Obtiene los mismos resultados que en el problema 15- 77? Compare y explique. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-77 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-77 Genere un dominio computacional para estudiar la ventilación en una habitación (Fig. P15-77). En particular, genere una habitación rectangular con una entrada de velocidad en el techo para modelar el aire de suministro y una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-76 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-76 Repita el problema 15-75, excepto para una capa límite turbulenta a Re 106. Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-75 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-75 Genere un dominio computacional para estudiar la capa límite laminar en una placa plana a Re 10 000. Genere una malla de celdas muy amplias y luego, de manera continua, haga la malla más fina…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-74 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-74 Repita el problema 15-73, excepto que esta vez para flujo turbulento de aire con una velocidad de entrada uniforme de 10.0 m/s. Además, establezca la intensidad de turbulencia en la entrada a 10 por ciento…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-73 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-73 Elija una de las mallas generadas en el problema 15-72y obtenga una solución de la DFC para flujo laminar de aire con una entrada de velocidad uniforme de 0.02 m/s. Establezca la presión de salida…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-72 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-72 Considere la “Y” de la figura P15-72. Las dimensiones están en metros y el dibujo no está a escala. El flujo incompresible entra desde la izquierda y se divide en dos partes. Genere tres mallas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-71 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-71 Utilice la aplicación Creep_Reynolds de FlowLab. En este ejercicio el número de Reynolds se hace variar de 0.1 a 100 para flujo sobre un elipsoide (Fig. P15-70). Grafique CD como una función de Re y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-70 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-70 Considere el flujo de Stokes producido por el cuerpo de un microorganismo que nada en agua y que se representa aquí como un elipsoide simple de 2  1 (Fig. P15-70, no está dibujada a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-69 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-69 En este ejercicio se examina el efecto de la resolución de malla sobre el cálculo de la pérdida de sustentación del perfil aerodinámico (separación de flujo) en caso del perfil aerodinámico del problema 15-67 a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-68 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-68 En este problema se estudia el efecto del número de Reynolds sobre los coeficientes de sustentación y de arrastre de un perfil aerodinámico a varios ángulos de ataque. Note que la superficie utilizada aquí es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-67 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-67 Considere el flujo sobre un perfil aerodinámico bidimensional de longitud de cuerda Lc a un ángulo de ataque a con la velocidad de flujo libre V, densidad r y viscosidad m. El ángulo a se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-66 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-66 En este ejercicio se examina el efecto del modelo de turbulencia en el cálculo del coeficiente de pérdidas menores en un codo de tubería (Fig. P15-63). Con la ayuda de aplicación Elbow de FlowLab repita…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-65 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-65 Utilice la aplicación Elbow de FlowLab de nuevo con el modelo de turbulencia estándar k-e. En este ejercicio se calcula el coeficiente de pérdidas menores KL para el codo del problema 15-63. Para esta finalidad,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-64 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-64 Utilice la aplicación Elbow de FlowLab de nuevo con el modelo de turbulencia k-e. En este ejercicio se estudian vectores de velocidad en los planos de varias secciones transversales a lo largo de la tubería.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-63 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-63 Considere flujo turbulento de agua por un codo embridado liso de 90° en una tubería redonda (Fig. P15-63). Debido a la simetría, sólo se modela la mitad de la tubería; el plano central se especifica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-63 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-63 Con la configuración geométrica del problema 15-26, y el caso con R/D 500, el objetivo de este ejercicio es comprobar la independencia de la malla. Utilice la aplicación Block_mesh de FlowLab. Introduzca varios valores de resolución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-62 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-62 Repita el problema 15-61, excepto que esta vez para flujo turbulento sobre una placa plana, lisa, caliente. Utilice la aplicación Plate_turbulent_temperatura. Explique las diferencias entre_los cálculos laminar y turbulento. En particular, ¿qué régimen (laminar o…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-61 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-61 Considere el flujo laminar sobre una placa plana, lisa, caliente (Fig. P15-61). Utilice la aplicación Plate_laminar _temperature de FlowLab. La velocidad de entrada se ajusta de tal modo que el número de Reynolds para los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-60 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-60 Utilice la aplicación Plate_turbulence_models de FlowLab. En este ejercicio, se examina el efecto del modelo de turbulencia en el cálculo del coeficiente de arrastre de una placa plana (Fig. P15-58). Corra cada uno de los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-59 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-59 Repita el problema 15-58, pero para flujo turbulento sobre una placa plana lisa. Utilice la aplicación Plate_turbulent de FlowLab. El número de Reynolds en el extremo de la placa es casi 1  107 para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-58 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-58 Considere la capa límite laminar que se forma sobre una placa plana (Fig. P15-58). Utilice la aplicación Plate_laminar de FlowLab. La velocidad y longitud de entrada se eligen de modo que el número de Reynolds…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-57 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-57 En el problema 15-56 se considera flujo turbulento totalmente desarrollado en una tubería lisa. En este ejercicio se examina flujo turbulento totalmente desarrollado en una tubería rugosa. Utilice la aplicación Pipe_turbulent_rough de FlowLab. Ejecute varios…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-56 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-56 Repita el problema 15-55, excepto que esta vez para flujo turbulento totalmente desarrollado en una tubería lisa. Utilice la aplicación Pipe_turbulent_developed de FlowLab. Calcule y grafique el factor de fricción de Darcy f como una…