Capítulo 15. Introducción a la dinámica de fluidos computacional

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-55 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-55 Considere flujo laminar totalmente desarrollado por una tubería (Fig. P15-55). En este ejercicio no se tiene interés en los efectos de entrada. En cambio, se quiere analizar el flujo totalmente desarrollado corriente abajo de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-54 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-54 Utilice la aplicación Pipe_turbulent_developing de FlowLab. En este ejercicio se estudia flujo turbulento en la región de entrada de una tubería redonda (Fig. P15-53). Calcule el flujo a varios valores de número de Reynolds. Para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-53 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-53 Utilice la aplicación Pipe_laminar_developing de FlowLab. En este ejercicio se estudia el flujo laminar en la región de entrada de una tubería redonda (Fig. P15-53, no es a escala). Como resultado de la simetría, el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-52 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-52 Utilice la aplicación Automobile_3d de FlowLab. En este ejercicio se compara el coeficiente de arrastre para un automóvil totalmente tridimensional, cuyo valor se predice por la aproximación bidimensional del problema 15-49. Note que la solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-51 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-51 Utilice la aplicación Automobile_turbulence_model de FlowLab. En este ejercicio se examina el efecto del modelo de turbulencia en el cálculo del arrastre sobre un modelo bidimensional simplificado de un automóvil (Fig. P15-49). Ejecute todos los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-50 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-50 En este ejercicio se examina el efecto de la ubicación de la condición de frontera superior de simetría del problema 15-49. Utilice la aplicación Automobile_domain de FlowLab para varios valores de H/h (Fig. P15-49). Grafique…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-49 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-49 Considere el flujo sobre un modelo bidimensional simplificado de un automóvil (Fig. P15-49). Las condiciones de entrada se fijan en V 60.0 mi/h (26.8 m/s), con intensidad de turbulencia de 10 por ciento. Se emplea…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-48 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-48 Utilice la aplicación Nozzle_2d de FlowLab para resolver el problema 15-46, excepto que el flujo es bidimensional en vez de axisimétrico. Note que la condición de frontera de “eje” se cambia también a “simetría”. Compare…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-47 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-47 Utilice la aplicación Nozzl_axisymmetric de Flow Lab (problema 15-46). Para el caso en el que Pb 100 kPa (Pb/P0,entrada 0.455), grafique la presión y el número de Mach para comprobar que una onda de choque…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-46 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-46 Considere el flujo compresible de aire por una tobera axisimétrica convergente-divergente (Fig. P15-46), en la que se aplica la aproximación de flujo no viscoso (invíscido). Las condiciones de entrada están fijas (P0,entrada 220 kPa, Pentrada…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-45 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-45 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 15-44 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-44 Repita el problema 15-43, pero para flujo laminar, al utilizar la aplicación Jog_laminar_mesh de FlowLab. La inflexión es idéntica en forma, pero a escala reducida por un factor de 1 000 en comparación con la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-43 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-43 Fluye por una “inflexión de forma de zig-zag” en un canal rectangular (Fig. P15-43a, no es a escala). La dimensión del canal es D1 1.0 m en cualquier parte, y es suficientemente amplio (hacia la…

    SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-42 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-42 Utilice la aplicación Contraction_2d de FlowLab. Esto es idéntico a la contracción repentina del problema 15-40, pero el flujo es bidimensional en lugar de axisimétrico (note que la condición de frontera de “eje”…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-41 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-41 Utilice la aplicación Contracción_outflow de FlowLab. Las condiciones son idénticas a las del problema 15.40 para el caso con Lextensión/D2 0.75, pero con la condición de frontera de “salida de presión” cambiada a una condición…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-40 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-40 Considere la contracción repentina del problema 15-37, pero esta vez con flujo turbulento en vez de laminar. Las dimensiones que se muestran en la figura P15-37 se modifican proporcionalmente por un factor de 100 en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-39 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-39 En este ejercicio se aplican diferentes contrapresiones a la contracción repentina del problema 15-37 (Fig. P15-37), para el caso con Lextensión/D2 2.0. Utilice la aplicación Contraction_pressure de FlowLab. Establezca la condición de frontera en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-38 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-38 Considere la contracción repentina del problema 15-37 (Fig. P15-37). Suponga que Shane hiciera caso omiso de la extensión (Lampliada/D2 0). Utilice la aplicación Contraction_zerolength de FlowLab. Continúe con las iteraciones hasta lograr la convergencia. ¿Hay…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-37 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-37 Fluye agua por una contracción repentina en un pequeño tubo redondo (Fig. P15-37a). Los diámetros del tubo son D1 8.0 mm y D2 2.0 mm. La velocidad de entrada es casi uniforme a V 0.050…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-36 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-36 Considere el difusor del problema 15-35 con u 90° (expansión repentina). En este ejercicio se prueba si la malla es lo suficientemente fina al realizar una comprobación de independencia de malla. Utilice la aplicación Expansion_mesh…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-35 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-35 Bárbara diseña un difusor cónico para el túnel de viento axisimétrico del problema 15-33. Ella necesita alcanzar por lo menos 40 Pa de recuperación de presión por el difusor, al mismo tiempo que se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-34 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-34 Repita el problema 15-33 para el caso de resolución más fina, pero la condición de frontera de “salida de presión” cambia a una condición de frontera de “flujo libre de salida”, con la plantilla de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-33 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-33 El aire fluye por un difusor cónico en un túnel de viento axisimétrico (Fig. P15-33a, el dibujo no está a escala). u es el semiángulo del difusor (el ángulo total del difusor es igual a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-32 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-32 Repita el problema 15-26 para el caso de flujo axisimétrico sobre un cilindro truncado (Fig. P15-32), con la plantilla Block_axisymetric. Las mallas y los parámetros son los mismos que los del problema 15-26, excepto que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-31 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-31 Los datos experimentales del coeficiente de arrastre están disponibles para bloques bidimensionales de varios tipos de flujo externo. En este ejercicio, se usa la DFC para comparar el coeficiente de arrastre de bloques rectangulares con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-30 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-30 En los problemas 15-26 y 15-29, se usa el modelo de turbulencia k-e. El objetivo de este ejercicio es ver qué tan sensible es el coeficiente de arrastre para elegir el modelo de turbulencia y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-29 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-29 Experimentos en bloques rectangulares bidimensionales en un flujo libre de fluido incompresible revelan que el coeficiente de arrastre es independiente del número de Reynolds para Re mayor que cerca de 104. En este ejercicio se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-28 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-28 En los problemas 15-26 a 15-27 se usó aire como el fluido en los cálculos. En este ejercicio se repite el cálculo del coeficiente de arrastre, excepto que se emplean fluidos diferentes. Se ajusta la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-27 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-27 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…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-26 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-26 En este ejercicio se examina qué tan lejos necesita estar la frontera del dominio computacional para simular flujo libre alrededor de un cuerpo. Por sencillez, se elige un caso bidimensional, flujo a velocidad V sobre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-25 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-25 Bosqueje una malla de bloques múltiples estructurada con bloques elementales de cuatro lados para el dominio computacional del problema 15-24. Cada bloque tendrá celdas estructuradas de cuatro lados, pero no se tiene que bosquejar la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-24 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-24 Como un seguimiento para el diseño del intercambiador de calor del problema 15-21, suponga que el diseño de Anita es elegido con base en los resultados de un análisis preliminar de la DFC de una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-23 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-23 Anita corre un paquete de la DFC con el dominio computacional y la malla desarrollados en los problemas 15-21 y 15- 22. Por desgracia, el paquete de la DFC tiene problemas para converger y Anita…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-22 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-22 Bosqueje una malla de bloques múltiples estructurada de celdas amplias de cuatro lados con cuatro bloques elementales de cuatro lados para el dominio computacional del problema 15-21. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-21 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-21 Se diseña un nuevo intercambiador de calor de varias etapas con la finalidad de mezclar el fluido corriente abajo lo más completo posible en cada etapa. Anita presenta un diseño cuya sección transversal de una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-20 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-20 Suponga que su paquete de la DFC puede manejar bloques no elementales. Combine tantos bloques de la figura 15-12b como pueda. La única restricción es que en cualquier bloque, el número de intervalos i y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-19 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-19 Vuelva a trazar la malla de bloques múltiples estructurada de la figura 15-12b para el caso en que el paquete de la DFC puede manejar sólo bloques elementales. Renumere todos los bloques e indique cuántos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-18 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-18 Se emplea un paquete de la DFC de flujo incompresible para simular el flujo de gasolina por un canal rectangular bidimensional en el que hay una cámara circular grande de asentamiento (Fig. P15-18). El flujo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-17 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-17 Se utiliza un paquete de la DFC de flujo incompresible para simular el flujo de agua por un canal rectangular bidimensional en el que hay un cilindro circular (Fig. P15-17). Se genera una solución de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-16 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-16 Para el perfil aerodinámico del problema 15-15, bosqueje una malla híbrida de celdas amplias y explique las ventajas de esa clase de malla. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-15 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-15 Se usa un paquete de la DFC para simular el flujo sobre un perfil aerodinámico a un ángulo de ataque. En la figura P15-15 se ilustra una porción del dominio computacional cerca del perfil aerodinámico (el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-14C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-14C Enliste las seis condiciones de frontera que se emplean con la DFC para resolver problemas de flujo de fluidos incompresibles. Para cada una, provea una descripción breve y dé un ejemplo de cómo se emplea…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-13C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-13C Considere el problema 15-12C de nuevo, excepto que permita que la condición de frontera en el lado común entre los bloques 1 y 2 sea la de un ventilador con un aumento de presión especificado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-12C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-12C Se emplea un paquete de la DFC del flujo incompresible para simular el flujo de aire por un canal rectangular bidimensional (Fig. P15-12C). El dominio computacional consta de cuatro bloques, como se indica. El flujo…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-11C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-11C ¿Cuál es la diferencia entre una condición de frontera en la entrada donde se especifica la presión y una condición de frontera en la entrada donde se especifica la velocidad? Explique por qué no…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-10C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-10C ¿Cuál es el método estándar para probar la resolución de malla adecuada cuando se usa la DFC? 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 15-9C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-9C De las condiciones de frontera analizadas en este capítulo, enliste las condiciones de frontera que pueden aplicarse al lado derecho del dominio computacional bidimensional que se bosqueja en la figura P15-9C. ¿Por qué no pueden…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-8C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-8C Explique de manera breve cómo los paquetes de la DFC emplean cada uno de los siguientes conceptos para acelerar el proceso de iteración: a) multimalla y b) tiempo artificial. Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-7C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-7C Escriba una explicación breve (unos cuantos enunciados) acerca del significado de cada uno de los siguientes conceptos respecto a una solución de la DFC iterativa: a) condiciones iniciales, b) residuo, c) iteración, d) posprocesamiento. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 15-6C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 15-6C Suponga que emplea la DFC para simular el flujo por un ducto en el que hay un cilindro circular, como en la figura P15-6C. El ducto es largo, pero para ahorrar recursos de computadora se…