Créditos ECTS Créditos ECTS: 3
Horas ECTS Criterios/Memorias Traballo do Alumno/a ECTS: 51 Horas de Titorías: 3 Clase Expositiva: 9 Clase Interactiva: 12 Total: 75
Linguas de uso Castelán, Galego
Tipo: Materia Ordinaria Máster RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Física de Partículas
Áreas: Física da Materia Condensada
Centro Facultade de Física
Convocatoria: Primeiro semestre
Docencia: Con docencia
Matrícula: Matriculable | 1ro curso (Si)
A materia de Física de Fluídos ten como obxectivo afondar no coñecemento dos fluídos. Introduciranse as ecuacións dinámicas de conservación de masa, momento e enerxía que permitirán resolver varios problemas clásicos (Poiseuielle, Stokes, capa límite, movemento dunha burbulla, introdución á aerodinámica, etc.).
Posteriormente, unha vez desenvolvida a dinámica básica dos fluídos, estes son perturbados para estudar as ondas que se propagan neles con aplicacións na atmosfera ou no océano. A continuación, introdúcense as diferentes inestabilidades que se poden desenvolver dentro dos fluídos con exemplos que se poden observar a diario. Finalmente, o alumno introdúceselle nos fluxos turbulentos.
O programa compleméntase coa realización de simulacións numéricas e problemas que axuden a visualizar con maior claridade os conceptos que se pretenden expoñer nas clases teóricas.
1. Introdución.
Definicións e notacións. Exemplos.
Sistemas Lagranxiano e Euleriano.
Ecuacións de equilibrio. Masa, momento e enerxía. Tensores de tensión e deformación.
Ecuación de Navier-Stokes. Ecuación de continuidade.
Aproximacións a Navier-Stokes: Euler, Bernoulli, Boussinesq e Hidrostática.
Fluídos newtonianos e non newtonianos.
Reoloxía dos materiais viscoelásticos: función característica. Efecto humectante sobre os materiais. Polímeros. Fluídos granulares.
Fluídos potenciais/irrotacionais.
2. Fluídos Viscosos.
Solucións de Navier-Stokes para fluídos viscosos incompresibles: fluxo laminar entre dúas placas paralelas, fluxo de Couette, fluxo de Poiseuille, fluxo nunha canle de sección regular, película fina, etc.
Lei de Stokes. Forzas sobre unha esfera ríxida e unha burbulla. Reynolds pequenos.
Ecuacións da capa límite. Solucións Falkner-Skan e Prandtl/Blasius. Reynolds altos.
Forzas de resistencia e de sustentación. Aerodinámica.
Movemento oscilatorio dun fluído viscoso.
3. Ondas
Definicións. Parámetros de onda.
Ondas gravitacionais superficiais. Efecto da tensión superficial e da viscosidade. Deriva de Stokes.
Ondas internas en fluídos estratificados. Ondas topográficas. Ondas de Lee.
Ondas en fluídos en rotación.
Ondas xeofísicas.
4. Inestabilidades.
Estabilidade e inestabilidade. Ecuación de Landau.
Inestabilidade de Rayleigh-Taylor.
Inestabilidade de Rayleigh-Plateau.
Inestabilidade de Saffman-Taylor. Agregación limitada de difusión (DLA).
Inestabilidade de Kelvin-Helmholtz.
Convección. Inestabilidade de Rayleigh-Bénard. Modelo de Lorenz.
Efecto Marangoni. Bágoas de viño.
Inestabilidade ou fluxo de Taylor-Couette entre dous cilindros concéntricos. Vórtices de Taylor.
Inestabilidade da agregación
5. Turbulencia.
Turbulencia. Propiedades.
Ecuacións de conservación media. Tensor de Reynolds.
Problema de peche. Ecuación da enerxía cinética turbulenta (TKE). Modelos RANS de primeira orde.
Cascada de enerxía. Lei de Kolmogorov 5/3.
• D.J. Achenson. Elementary Fluid Dynamics. Clarendon Press. Oxford (1990).
• C. Bailly and G. Comte Bellot. Turbulence. Springer, Heidelberg (2015).
• G. Batchelor. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge Univ. Press (1967).
• H. Bruus. Theoretical Microfluidics. Oxford Univ. Press (2008).
• S. Chandrasekhar. Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability. Dover Pub. NY (1961).
• A.J. Chorin and J.E. Marsden. A Mathematical Introduction to Fluid Mechanics. Springer-Verlag. NY (1993).
• A.J. Chorin. Vorticity and Turbulence. Springer-Verlag. NY (1994).
• I.G. Currie. Fundamental Mechanics of Fluids. McGraw-Hill (1974).
• T.E. Faber. Fluid Dynamics for Physicists. Cambridge Univ. Press. (1995).
• U. Frisch. Turbulence. Cambridge Univ. Press (1995).
• E. Guyon, J.P. Hulin et L. Petit. Hydrodynamique Physique. Savoirs Actuels, Editions du CNRS (1997).
• P.K. Kundu. Fluid Mechanics. Academic Press (1990).
• L. Landau y E. Lifchitz. Mecánica de Fluidos. Curso de Física Teórica. Tomo 6. Ed. Mir. (1989).
• J. Lighthill. An Informal Introduction to Theoretical Fluid Mechanics. Clarendon Press. (1986).
• W.D. McComb. The Physics of Fluid Turbulence. Oxford Sci. Pub. (1990).
• B.R. Munson, D.F. Young and T.K. Okiisho. Fluid Mechanics. John Wiley & Sons. NY (1990).
• P. Oswald. Rheophysics. Belin (2005).
• S.B. Pope. Turbulent Flows. Cambridge University Press (2000).
• M. Rieutord. Fluid Dynamics: An Introduction. Springer (2015).
• A.H. Shapiro. The Dynamics and Thermodynamics of Compresible Fluid Flow. Wiley (1953).
• D.J. Tritton. Physical Fluid Dynamics. Oxford Sci. Pub. (1988).
• J.S. Turner. Buoyancy Effects in Fluids. Cambridge Univ. Press (1973).
• M. van Dyke. An Album of Fluid Motion. The Parabolic Press, Stanford CA (1982).
• F.M. White. Fluid Mechanics. McGraw Hill (1994).
COMPETENCIAS BÁSICAS
CB6 - Posuír e comprender coñecementos que aporten unha base ou oportunidade de ser orixinais no desenvolvemento e/ou aplicación de ideas, a miúdo nun contexto de investigación
CB7 - Que os estudantes saiban aplicar os coñecementos adquiridos e a súa capacidade de resolución de problemas en contornas novas ou pouco coñecidas dentro de contextos máis amplos (ou multidisciplinares) relacionados coa súa área de estudo
CB8 - Que os estudantes sexan capaces de integrar coñecementos e enfrontarse á complexidade de formular xuízos a partir dunha información que, sendo incompleta ou limitada, inclúa reflexións sobre as responsabilidades sociais e éticas vinculadas á aplicación dos seus coñecementos e xuízos
CB9 - Que os estudantes saiban comunicar as súas conclusións e os coñecementos e razóns últimas que as sustentan a públicos especializados e non especializados dun modo claro e sen ambigüedades
CB10 - Que os estudantes posúan as habilidades de aprendizaxe que lles permitan continuar estudando dun modo que haberá de ser en gran medida autodirigido ou autónomo.
COMPETENCIAS XERAIS
CG01 - Adquirir a capacidade de realizar traballos de investigación en equipo.
CG02 - Ter capacidade de análise e de síntese.
CG03 - Adquirir a capacidade para redactar textos, artigos ou informes científicos conforme aos estándares de publicación.
CG04 - Familiarizarse coas distintas modalidades usadas para a difusión de resultados e divulgación de coñecementos en reunións científicas.
CG05 - Aplicar os coñecementos á resolución de problemas complexos.
COMPETENCIAS TRANSVERSALES
CT01 - Capacidade para interpretar textos, documentación, informes e artigos académicos en inglés, idioma científico por excelencia.
CT02 - Desenvolver a capacidade para a toma de decisións responsables en situacións complexas e/ou responsables.
COMPETENCIAS ESPECÏFICAS
CE12 - Proporcionar unha formación especializada, nos distintos campos que abarca a Física Fundamental: desde a física medioambiental, a física de fluídos ou a acústica ata fenómenos cuánticos e de radiación coas súas aplicacións tecnolóxicas, médicas, etc.
CE13 - Dominar ferramentas interdisciplinares, tanto a nivel teórico como experimental ou computacional, para desenvolver con éxito calquera actividade de investigación ou profesional enmarcada en calquera campo da Física.
A materia desenvolverase en horas de clase maxistrais que se combinarán con seminarios. Entregaráselle ao estudante todo a material base necesario para o estudo da materia. O alumno disporá das horas de tutorías correspondentes.
A avaliación da materia consistirá nunha combinación das diferentes actividades realizadas na clase, polo que é imprescindible a asistencia. Entre as actividades avaliables atópanse boletíns de problemas, pequenos traballos e resolución de simulacións numéricas. Ao remate da materia farase un traballo máis completo que deberá ser presentado e compartido co resto da clase.
A avaliación da materia estará formada por unha combinación de:
- Boletíns de problemas e traballos de clase pequena: 60%
- Traballo final da materia e exposición: 40%
Este tipo de avaliación implica que o alumno debe asistir á maior parte das clases e manter unha actitude participativa. En caso de ausencia superior ao 20% do total das horas lectivas, o alumno deberá ser avaliado mediante un exame global da materia.
A realización fraudulenta dalgún exercicio ou proba esixida na avaliación da materia implicará a cualificación de suspenso na convocatoria correspondente, con independencia do proceso disciplinario que se poida seguir contra o alumno infractor. Considerarase fraudulenta, entre outras, a realización de traballos plaxiados ou obtidos de fontes accesibles ao público sen reelaboración ou reinterpretación e sen citas aos autores e das fontes.
Serán necesarios 36 horas de asistencia presencial (100%) do alumno á materia distribuída do seguinte xeito,
- Ensino teórico 20h
- Docencia interactiva 5h
- Ensino práctico de laboratorio 10h
- Titorías individuais dos alumnos 1h
A maiores, é necesario contar con aproximadamente unha hora mais por cada hora presencial,
- Traballo persoal do alumno e outras actividades 39h
Estudo constante, o seguimento e interiorización ao día dos coñecementos introducidos durante as clases teóricas e de seminarios permite ao alumno un bo seguimento da materia e unha optimización do seu tempo pois poderá sacar maior proveito das clases.
Consultar bibliografía.
Esta materia complementa moi ben coa de Física Non Lineal e coa de Microfluidos.
Vicente Pérez Muñuzuri
Coordinador/a- Departamento
- Física de Partículas
- Área
- Física da Materia Condensada
- Teléfono
- 881814010
- Correo electrónico
- vicente.perez.munuzuri [at] usc.es
- Categoría
- Profesor/a: Catedrático/a de Universidade
| Luns | |||
|---|---|---|---|
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula 7 |
| Martes | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula 7 |
| Mércores | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula 7 |
| Xoves | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula 7 |
| Venres | |||
| 10:00-11:00 | Grupo /CLE_01 | Castelán | Aula 7 |
| 24.01.2025 10:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 5 |
| 08.07.2025 12:00-14:00 | Grupo /CLE_01 | Aula 7 |