Capítulo 08: Flujo potencial y mecanica de fluidos computacional

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D8.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D8.3.Considere agua a 20 °C fluyendo por un canal a 12 m/s. Se sitúa un cilindro, de 40 cm de largo y con forma de óvalo de Rankine, paralelo al flujo, allí donde la presión estática…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D8.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D8.2.Modifique el Problema D8.1 para obtener la distribución de fuentes y sumideros necesaria para aproximar la forma de un cuerpo de revolución «0018». Como no existen resultados teóricos publicados en la literatura, asegúrese simplemente de que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D8.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D8.1.En 1927, Theodore von Kármán desarrolló un método que permitía usar una corriente uniforme más una fila de fuentes y sumideros para generar un cuerpo cerrado de forma arbitraria. La Figura D8.1 muestra esta idea de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.7.Obtenga una fórmula para la función de corriente del flujo inducido por un doblete de intensidad λ situado a una distancia a de una pared, como en la Figura PE8.7. (a) Represente las líneas de corriente.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE8.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE8.6.Considere de nuevo los datos de sustentación y resistencia del perfil NACA 4412 del Problema P8.83. (a) Vuelva a representar la polar del perfil y compárela cualitativamente con la polar de la Figura 7.26. (b) Determine…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.5.Considere un flujo irrotacional, incompresible y tridimensional. Mediante los siguientes métodos demuestre que el término viscoso de las ecuaciones de NavierStokes es idénticamente nulo: (a) usando notación vectorial, y (b) usando la notación escalar de los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.4.El flujo de aire succionado por una aspiradora a través de una boquilla bidimensional, como se muestra en la Figura PE8.4, se puede aproximar por un flujo potencial. Modele el flujo en el plano central de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.3.Considere el flujo plano no viscoso a través de un difusor simétrico como el de la Figura PE8.3, donde sólo se muestra la mitad superior. El flujo se expande desde la sección de entrada, de semianchura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.2.Utilice un método explícito, parecido pero no idéntico al de la Ecuación (8.115), para resolver el flujo de aceite SAE 30 a 20 °C inicialmente en reposo cerca de una pared fija. Lejos de la pared,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE8.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE8.1.¿Sabía que es posible resolver problemas sencillos de Mecánica de Fluidos con Microsoft Excel? La técnica de sobrerrelajación sucesiva se puede programar fácilmente en una hoja de cálculo para resolver la ecuación de Laplace, pues la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.7.Hemos descrito brevemente los métodos de diferencias finitas y de elementos de contorno para los flujos potenciales, pero hemos ignorado el método de elementos finitos. Busque en la literatura y escriba un pequeño trabajo sobre la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.6.Explique la condición de Kutta desde un punto de vista físico. ¿Por qué es necesaria? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.5.La Figura 8.14 muestra el flujo alrededor de cinco esquinas de cuerpos. Sin realizar ningún cálculo, explique utilizando razonamientos físicos cuál debe ser el valor de la velocidad de un fluido no viscoso en cada una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.4.Dé una demostración sencilla de la Ecuación (8.42), esto es, que tanto la parte real como la parte imaginaria de una función analítica ƒ(z) de la variable compleja z = x + iy son harmónicas (soluciones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.3.Dé una explicación física de la relación existente entre la circulación Γ y la fuerza de sustentación que experimenta un cuerpo sumergido. Si la integral de línea definida por la Ecuación (8.15) es cero, significa que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.2.En este capítulo hemos superpuesto muchas soluciones básicas, algo que sólo se puede hacer cuando las ecuaciones son lineales. Sin embargo, la ecuación de Bernoulli (8.3) es no lineal, pues aparece el cuadrado de la velocidad.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C8.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C8.1.¿Qué simplificaciones se han hecho en la teoría del flujo potencial del presente capítulo que dan lugar a la desaparición de los números de Reynolds, Froude y Mach como parámetros importantes del problema? Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.115 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.115.Utilice el método explícito de la Ecuación (8.115) para resolver el Problema P4.85 numéricamente, considerando aceite SAE 30 a 20 °C con U0 = 1 m/s y ω = M rad/s, donde M es el número…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.114 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.114.Si su institución dispone de un código de elementos de contorno para la resolución de flujos potenciales, considere el flujo alrededor de un perfil simétrico, como en la Figura P8.114. La forma básica de un perfil…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.113 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.113.Repita el Ejemplo 8.7 utilizando el método implícito de la Ecuación (8.118). Tome ∆t = 0,2 s y ∆y = 0,01 m, valores para los que el método explícito diverge. Compare la precisión obtenida con la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.112 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.112.En su libro sobre CFD, Patankar [5] sustituye el lado izquierdo de las Ecuaciones (8.119b y c) por las siguientes dos expresiones, respectivamente:¿Son expresiones equivalentes a las originales, o se trata solamente de expresiones aproximadas? En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.111 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.111.Resuelva el Problema P8.110 numéricamente para un conducto de sección rectangular de lados b y 2b usando al menos 100 puntos nodales. Calcule el caudal y el factor de fricción, y compare el resultado con los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.110 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.110.En el flujo incompresible laminar completamente desarrollado en un conducto de sección no circular, véase Sección 6.8, las ecuaciones de Navier-Stokes, despreciando el efecto de la gravedad, se reducen a donde (y, z) es el plano…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.109 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.109.Considere el flujo bidimensional no viscoso alrededor de un giro de 90° con contracción, como se muestra en la Figura P8.109. Suponga flujo uniforme en la entrada y la salida y realice un análisis de diferencias…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.108 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.108.Considere el flujo potencial bidimensional a través de una contracción brusca, como se muestra en la Figura P8.108. Las velocidades a la entrada U1 = 7 m/s y a la salida U2 son uniformes. Los nodos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.107 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.107.Establezca un esquema numérico para una expansión de 30° como la de la Figura 8.30. Podría ser necesaria una nueva malla con celdas que no fueran cuadradas. Escriba la ecuación nodal y las condiciones de contorno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.106 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.106.La ecuación de Laplace en coordenadas polares, Ecuación (8.11), resulta complicada debido a las variaciones del radio. Considere la malla de la Figura P8.106, con nodos (i, j) equiespaciados a distancias ∆θ y ∆r entre sí.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.105 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.105.Según la Tabla 7.2, el coeficiente de resistencia de un cilindro elíptico con relación de aspecto 4:1 es 0,35 si la capa límite es laminar. De acuerdo con Patton [17], la masa añadida de este cilindro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.104 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.104.Considere un cilindro de radio a moviéndose con velocidad U’ en un fluido en reposo, como muestra la Figura P8.104. Dibuje las líneas de corriente instantáneas modificando la Ecuación (8.32) para describir el movimiento relativo con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.103 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.103.Modifique el Problema P8.102 como sigue. Las pelotas de golf tienen hoyuelos, no son lisas, y presentan en realidad mayor sustentación y menor resistencia (típicamente CL 5 0,2 y CD 5 0,3 para pelotas con efecto).…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.102 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.102.Una pelota de golf pesa 0,102 lbf y tiene 1,7 in de diámetro. Un golfista profesional golpea la bola con una velocidad inicial de 250 ft/s, un ángulo de 20° con la horizontal, y efecto cortado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.101 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.101.constante CD = 0,47. Reteniendo el efecto de la masa añadida, estime (a) la velocidad límite de caída y (b) el tiempo que tarda en alcanzar el 99 por 100 de la velocidad límite. Compare estos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.100 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.100.Una esfera de 1 m de diámetro se remolca en agua a 20 °C con una velocidad V, como se muestra en la Figura P8.100. Suponiendo que la teoría no viscosa es válida y que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.99 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.99.Considere el flujo de aire sobre una semiesfera apoyada en una superficie plana, como en la Figura P8.99. Si la presión interna es pi , obtenga una expresión para la fuerza de presión sobre el hemisferio.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.98 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.98.Hemos estudiado la fuente (sumidero) puntual y la fuente (sumidero) bidimensional, de longitud infinita en la dirección perpendicular al papel. ¿Tiene algúsentido definir una línea de longitud finita de sumideros (fuentes) como en la Figura P8.98?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.97 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.97.El cuerpo de Rankine semiinfinito de revolución de la Figura P8.97 tiene 60 cm de largo y 30 cm de diámetro. Cuando se sumerge en un túnel hidrodinámico de baja presión, como se muestra en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.96 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.96.Suponga que queremos usar una esfera con un único agujero como velocímetro. La presión en el agujero se utiliza para calcular la velocidad de la corriente, pero se producen errores si el agujero no está perfectamente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.95 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.95.Muestre que el potencial axilsimétrico formado por la superposición de una fuente puntual de intensidad +m situada en (x, y) = (–a, 0), un sumidero de intensidad –m situado en (+a, 0) y una corriente uniforme…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.94 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.94.Determine si las líneas de corriente de Stokes, Ecuación (8.86), son perpendiculares en todas partes a las líneas equipotenciales de Stokes, Ecuación (8.87), como ocurre en los flujos planos en cartesianas y polares. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.93 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.93..El cuerpo de Rankine semiinfinito de revolución (Figura 8.26) puede utilizarse para simular la forma de un tubo de pitot (Figura 6.30). De acuerdo con la teoría no viscosa, ¿a qué distancia aguas abajo del punto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.92 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.92.Una fuente puntual cuyo caudal es Q = 30 m3 /s se introduce en una corriente uniforme de 4 m/s. Para el cuerpo de Rankine semiinfinito de revolución que se obtiene, calcule (a) la distancia de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.91 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.91.Si en un flujo axilsimétrico φ(r, θ) se define mediante la Ecuación (8.85) con las coordenadas definidas en la Figura 8.24, determine cuál es la ecuación en derivadas parciales que satisface φ Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.90 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.90.La NASA está desarrollando un avión con alas de geometría variable denominado Bird of Prey [37]. Como se muestra en la Figura P8.90, las alas pivotan como la cuchilla de una navaja: hacia delante (a), rectas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.89 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.89.El avión Beechcraft T-34C tiene un peso total de 5500 lbf, una superficie alar de 60 ft2 y vuela a 322 mi/h y 10.000 ft de altura estándar propulsado por una hélice que comunica al aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.88 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.88.El Boeing 727 tiene un peso total de 125.000 lbf, una superficie alar de 1200 ft2 y un ala de alargamiento 6.Dispone de dos motores turbofan y alcanza una velocidad de crucero de 532 mi/h a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.87 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.87.El casco de un barco de 400 kg de masa está soportado por un hidroala rectangular con una curvatura del 2 por 100, un espesor del 12 por 100 y un alargamiento 8. Si el barco…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.86 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.86.En un avión en vuelo horizontal y estacionario la sustentación equilibra al peso. Suponga que un avión tiene una masa de 20.000 kg y vuela a una velocidad de 175 m/s a 5000 m de altura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.85 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.85.Un ala con una curvatura del 2 por 100, 5 in de cuerda y 30 in de envergadura se ensaya en un túnel a un cierto ángulo de ataque. El aire circula por el túnel a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.84 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.84.La Referencia 12 contiene cálculos de las distribuciones de velocidad V(x) sobre las superficies superior e inferior de un perfil obtenidas mediante la teoría no viscosa. Aquí x es la coordenada en la dirección de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P8.83 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P8.83.Los datos de resistencia y sustentación para el flujo bidimensional alrededor de un perfil NACA 2412 con un 2 por 100 de curvatura (tomados de la Referencia 12) se ajustan de forma precisa a la siguiente…