Exposición dinamica de fluidos

Estudio experimental de la influencia del estrato rocoso en la forma del foso de erosión producida por jet en salto de esquí.

1. Introducción.
El desconocimiento de los procesos físicos y la existencia de condiciones de contorno complejas hacen que la mayoría de problemas de fluidos no puedan ser abordadas directamente con métodos numéricos o técnicas analíticas. La mayoría de problemas demecánica de fluidos han de ser solucionados por medio de una combinación de técnicas numéricas y analíticas, medidas de campo y modelado físico. En Pnueli et al (1992) encontramos un análisis sobre esta cuestión. Los modelos que se puedan utilizar habrán de ser correctamente ajustados para que puedan reproducir resultados que ya conocemos en el prototipo. Entonces podremos predecir otros resultadosdesconocidos en el prototipo a partir de la extrapolación de los resultados obtenidos en el modelo. El aspecto más importante a tener en cuenta en el diseño de un modelo es el fenómeno físico que tenemos que estudiar, principalmente el criterio de semblanza que hace falta aplicar a este fenómeno físico. Para la mecánica de fluidos utilizada en la ingeniería civil los tipos de semejanza querequeridos para garantizar que un sistema es completamente semejante a otro son: geométrica, cinemática y dinámica (representan las dimensiones fundamentales de longitud, tiempo y masa respectivamente). Las semejanzas térmicas y químicas, por ejemplo, pueden ser requeridas a la hora de modelar otros fenómenos de la ingeniería. Existe semejanza geométrica cuando el cociente entre todas las longitudescorrespondientes en el modelo y en el prototipo es siempre el mismo. Esto se puede conseguir garantizando que cualquier distancia en el prototipo esté multiplicada por un factor de escala constante λ La semblanza geométrica implica que necesariamente que el modelo y el prototipo tengan exactamente la misma forma (distancias proporcionales y ángulos iguales). Se puede decir que un prototipo y un modeloson cinemáticamente semejantes cuando todos los vectores velocidad del fluido en el prototipo son proporcionales a su vector velocidad correspondiente en el modelo, siempre con la misma razón de proporcionalidad. La semejanza cinemática implica semejanza geométrica, dicho de otra forma, la semejanza geométrica es condición necesaria para que se de la semejanza cinemática. A pesar de todo, hacenfalta más requisitos para que se de la semejanza cinemática a parte de garantizar la semejanza geométrica, es decir, la semejanza geométrica no es una condición suficiente para que se de la semejanza cinemática. Sean geométricamente y los tiempos que tardan dos elementos de fluidos semejantes ( y y ) en recorrer dos trayectorias en el prototipo y en el modelo es siempre constante, los dossemejantes de longitud

respectivamente. Si el cociente λ =

sistemas son por definición cinemáticamente semejantes a una escala de 35

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tiempo λ . Por tanto, las expresiones 63 y 64, cuyas variables han sido definidas en este parágrafo, nos marcan las condiciones que sehan de cumplir para que tenga lugar la semejanza cinemática.

λ = λ =

(63)

(64)

Las expresiones 65, 66 y 67 corresponden a algunos de los factores de escala más frecuentes derivados de la semejanza cinemática, concretamente: aceleración, velocidad y caudal respectivamente.

λ =

−

=

−

=

λ λ λ λ

(65)

λ =

−

=
− −

−

=

(66)

λ =

=

λ λ

(67)Existe semejanza dinámica cuando el polígono de las fuerzas que actúan sobre una partícula de fluido en el modelo es geométricamente semejante al polígono de fuerzas de la partícula equivalente en el prototipo. Esto significa que el cociente de cualquier par de fuerzas actuantes en el modelo ha de ser igual al correspondiente cociente de fuerzas en el prototipo. La existencia de semejanza...