flujo compresible

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
INGENIERÍA MECÁNICA

Mecánica de Fluidos II

Flujo compresible

Apuntes de Clase
Teoría y problemas resueltos
(En revisión)

Emilio Rivera Chávez

Septiembre de 2006-septiembre de 2007

Apuntes de Clase

Mecánica de Fluidos II

Profesor: Emilio Rivera Chávez

Contenido

Introducción. Conceptos básicos de la Termodinámica. Propagaciónde las
ondas sonoras. El cono de Mach. Estado de referencia: propiedades de estancamiento isentrópico local; condiciones críticas. Ecuaciones fundamentales para un flujo isentrópico. Efectos del cambio de área en las propiedades.
Flujo isentrópico de un gas ideal. Flujo isentrópico en toberas. Flujo en una
tobera real en condiciones de diseño. Flujo adiabático en conducto de sección constante confricción.- línea de Fanno. Flujo permanente sin fricción en
un ducto de área constante con intercambio de calor.- Línea de Rayleigh.
Ondas de choque normales

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Apuntes de Clase

Mecánica de Fluidos II

Profesor: Emilio Rivera Chávez

I FLUJO COMPRESIBLE UNIDIMENSIONAL
1.1 Introducción
En el flujo incompresible, la presión y la velocidad de flujo son las variables principales, siendo
lasecuaciones de cantidad de movimiento y continuidad las que permiten relacionar estas variables y resolver los problemas concernientes a estas variables. A su vez la ecuación de energía permite identificar las perdidas de energía mecánica.
En el caso del flujo compresible, es necesario considerar además las variaciones de la densidad
y la temperatura, por ello la aplicación de la ecuación de energía comola ecuación de estado
son necesarias para la resolución de problemas de flujo compresible. Este tipo de flujo implica
variaciones apreciables de la densidad en todo el campo de flujo ya sea debido a altas velocidades de flujo y/o cambios apreciables de la temperatura. Los cambios apreciables en la velocidad de flujo implican grandes variaciones de presión en el flujo de gases, estos cambios depresión van acompañados de variaciones significativas tanto en la densidad como en la temperatura.
El estudio del flujo compresible se caracteriza mediante el parámetro adimensional denominado
número de Mach. En función a cuyos valores las altas velocidades en aerodinámica externa
suelen clasificarse en las siguientes categorías (http://en.wikipedia.org/wiki/Mach_number):
Flujo incompresible Flujo enel que los efectos de la variación de la densidad
son despreciables, esta comprendido en el rango aproximado de:

M < 0.3

Flujo subsónico. El número de Mach debe estar comprendido en el siguiente
rango:

0.3 < M < 0.8

Flujo sónico: El número de Mach es igual a 1

M=1

Flujo transónico.
Flujo comprendido entre número de Mach ligeramente
mayores y menores que 1.

0.8 < M < 1.2

Flujo supersónico.En este flujo el número de Mach debe estar comprendido
en el siguiente rango:

1.2 < M < 5

Flujo hipersónico. El número de Mach es superior a 5.

M>5

Sin embargo en flujo en conductos (flujo interno), la cuestión más importante es saber si el flujo
es subsónico (M<1) o supersónico (M>1). En este capítulo se estudia el flujo interno unidimensional estable de fluidos compresibles, principalmentedel gas ideal.

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Objetivos de Aprendizaje

Al finalizar el estudio de este capítulo el estudiante será capaz de:

 Verbalizar con sus propias palabras los principios básicos que rigen el flujo compresible.
 Emplear las ecuaciones básicas del flujo isentrópico para la resolución de problemas de
flujo isentrópico.

 Explicar y determinar el efecto del cambio de área sobre las propiedades delfluido para
flujo isentrópico.

 Determinar y explicar gráficamente las distribuciones de presión a través de un conducto de
sección variable: tobera convergente y tobera convergente-divergente.

 Escribir y aplicar las ecuaciones básicas para el flujo adiabático, unidimensional y permanente de un gas con calores específicos constantes en la resolución de problemas de flujo
en conductos de área...