asignatura master 2024

La Mecánica de Fluidos es ciertamente una de las ramas más bellas y aún no cerradas de la física clásica. Las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de un fluido presentan propiedades muy dispares en función de las escalas dominantes. En particular, en esta asignatura, el objetivo es presentar las ecuaciones que describen los fenómenos más importantes que ocurren en condiciones de alta velocidad, cuando la compresibilidad del gas juega un rol importante. En este respecto, la asignatura ofrece un marco teórico de la Mecánica de Fluidos, no cubierto, en general, en los cursos de grado previos al máster.

La asignatura complementa la formación en Mecánica de Fluidos de los estudiantes de Ciencias e Ingeniería al presentar de manera algo más extensa y desarrollada conceptos que son importantes para estudiar procesos donde la velocidad característica del fluido es comparable a la velocidad del sonido, distinguiéndose el flujo subsónico, transónico o supersónico, en función de si el número de Mach es inferior, similar o superior a la unidad, respectivamente.

Los conceptos descritos son directamente aplicables a problemas de interés práctico y científico; como son la acústica, aerodinámica, propulsión supersónica, seguridad ante explosiones y física de alta densidad de energía; a través del estudio de los siguientes fenómenos complejos: expansiones, ondas de choque, ondas expansivas, explosiones y detonaciones. El estudiante adquirirá, por tanto, competencias específicas de mecánica de fluidos y transversales de resolución de problemas evolutivos complejos.

Es recomendable que el estudiante conozca las ecuaciones de fluido ideal (conservación de la masa, las ecuaciones de Euler y la conservación de la energía) en coordenadas eulerianas, así como conceptos básicos de Termodinámica. No obstante, se ofrece una revisión de dichos temas al inicio del curso.

También es conveniente que el estudiante tenga conocimiento de cálculo diferencial e integral en una y varias variables y saber resolver ecuaciones diferenciales ordinarias y en derivadas parciales. En cualquier caso, las ecuaciones a tratar durante el curso siempre se resolverán partiendo desde los principios fundamentales y los problemas se presentan de forma autocontenida.

Por último, es muy recomendable que el estudiante tenga aptitudes mínimas de cálculo numérico para poder hacer frente a la resolución de problemas no analíticos.

TEACHING COLLABORATORS

Como ya se ha indicado en el apartado Metodología, el Curso Virtual es el instrumento fundamental para la tutorización y seguimiento del aprendizaje. No obstante, el estudiante también tendrá acceso a realizar consultas al equipo docente a través del correo electrónico. Los datos de contacto del equipo docente son:

Dra. Emilia Crespo del Arco
e-mail: emi@fisfun.uned.es
Teléfono: 91 398 7123
Horario: Miércoles, de 12:00 a 14:00 y de 16:00 a 18:00
Despacho: 2.01 (Biblioteca Central UNED)
Senda del Rey 5 - 28040 Madrid

COMPETENCIAS BÁSICAS

CB6 - Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.

CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida auto dirigido o autónomo.

COMPETENCIAS GENERALES

CG01 - Adquirir capacidad de análisis y síntesis.

CG02 - Adquirir capacidad de organización y planificación.

CG03 - Adquirir conocimientos de informática relativos al ámbito de estudio

CG04 - Adquirir capacidad de gestión de información

CG05 - Adquirir capacidad para resolución de problemas

CG07 – Ser capaz de trabajar en equipo

CG08 - Adquirir razonamiento crítico

CG10 - Adquirir capacidad de aprendizaje autónomo

CG11 - Adquirir capacidad de adaptación a nuevas situaciones

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS

CE01 - Saber utilizar y relacionar los diferentes tipos de descripción (microscópica, mesoscópica y macroscópica) de los fenómenos físicos

CE02 - Comprender las propiedades cualitativas de las soluciones a las ecuaciones de la física (sus tipos, estabilidad, singularidades, etc.) y su dependencia de los parámetros que definen un sistema físico

CE05 - Capacidad de análisis de problemas nuevos en sistemas poco conocidos y determinar similitudes y diferencias con modelos de referencia

CE06 - Capacidad de formular modelos matemáticos en términos de ecuaciones diferenciales (ordinarias o en derivadas parciales)

CE07 - Saber construir modelos numéricos para fenómenos descritos por ecuaciones diferenciales (ordinarias o en derivadas parciales) con diferentes condiciones iniciales o de contorno

CE08 - Capacidad de realizar análisis críticos de resultados experimentales, analíticos y numéricos

CE09 - Capacidad de búsqueda de bibliografía y fuentes de información especializadas. Manejo de las principales bases de datos de bibliografía científica y de patentes

CE10 - Conocimiento avanzado del estado actual y la evolución de un campo de investigación concreto

Los resultados de aprendizaje propios de la asignatura son

1. Aplicar las leyes de conservación de la masa, cantidad de movimiento lineal y energía a problemas sencillos de dinámica de gases.
2. Distinguir entre flujos compresibles e incompresibles en situaciones estacionarias y no estacionarias.
3. Resolver problemas de ondas sonoras.
4. Entender las propiedades de las curvas características y su significado físico.
5. Resolver problemas que involucren la expansión de una masa de gas y entender el proceso como un fenómeno autosimilar en el límite de una expansión centrada.
6. Comprender las relaciones de Rankine-Hugoniot (R-H) a través de una onda de choque plana.
7. Interpretar geométricamente las relaciones de R-H en un diagrama p-V (presión – volumen específico).
8. Obtener expresiones aproximadas para las relaciones de salto de las diferentes magnitudes termodinámicas para choques débiles.
9. Caracterizar las condiciones de salto de detonaciones planas en medios gaseosos.
10. Estudiar como varías las propiedades termodinámicas dentro de la zona reactiva.

En la siguiente tabla se establecen los principales resultados de aprendizaje para los diversos temas

El curso se impartirá a través de una plataforma educativa virtual. Dentro del curso virtual se distribuirá material complementario a los alumnos matriculados y se propondrán trabajos para realizar en casa. Dentro del curso virtual el alumno dispondrá de:

• Página de bienvenida, donde se indica el concepto general de la asignatura y se presenta el equipo docente.
• Calendario, donde se establece el orden temporal de actividades.
• Materiales: guía del curso, donde se establecen los objetivos concretos y los puntos de interés; programa, donde se especifica la división del contenido por capítulos; procedimiento, donde se sugieren al alumno las tareas que debe realizar; recursos, donde se proporciona el material necesario para el estudio; y enlaces a páginas relacionadas con los contenidos de la asignatura.
• Herramientas de comunicación: correo electrónico, para la consulta personal de dudas de tipo general; foros de debate, donde se intercambian conocimientos y se resuelven dudas de tipo académico y práctico; y plataforma de entrega de los trabajos obligatorios, exámenes y problemas, y herramientas de calificación.

Para incentivar el trabajo continuado, el profesor irá preguntando a los estudiantes de forma personalizada sobre el desarrollo del curso, creará tutorías virtuales y facilitará contenidos alternativos audiovisuales propios.

Los textos básicos de estudio son:

1. Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena, Ya. B. Zeldovich and Yu. P. Raizer, Dover Publications, Inc. Mineola, New York, (2002). Capítulo 1.
2. Fluid Mechanics, L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Butterworth-Heinemann Elsevier, Oxford (2007). Capítulos 9 y 10.
3. Elements of Gasdynamics, H. W. Liepmann and A. Roshko, Dover Publications, Inc. Mineola, New York (1993). Capítulos 1, 2, 3 y 4.
4. Combustion Theory: the fundamental theory of chemical reacting flow systems, F. A.Williams, A. Addison-Wesley, (1965). Capítulos 1, 2 y 6.
5. Detonation: theory and experiment, W. Fickett and C. D. William, Courier Corporation, (2012). Capítulos 2 y 4.
6. The detonation phenomenon Vol. 2, J. HS. Lee, Cambridge University Press, (2008). Capítulo 2.

Se dispondrá de apuntes teórico-prácticos desarrollados por el profesor de la asignatura, en formato pdf.

La UNED posee la licencia del programa ScientificNotebook, un procesador de textos científicos que incluye una versión reducida del programa Maple de cálculo simbólico.

También la UNED oferta a los alumnos una versión gratuita de Maple. Maple es un programa matemático de propósito general capaz de realizar cálculos simbólicos, algebraicos y de álgebra computacional.

Por otra parte, existen algunos lenguajes de programación elementales de acceso libre (en particular gwbasic y similares) que, por su sencillez, pueden resultar útiles para probar algunos resultados.

Finalmente, el programa Easy Java Simulations, también de libre acceso, ofrece posibilidades de representación gráfica de funciones y de integración numérica.