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.

COLABORADORES DOCENTES EXTERNOS

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

CM1 Poseer la capacidad para el desarrollo de una aptitud crítica ante el aprendizaje que le lleve a plantearse nuevos problemas desde perspectivas no convencionales.

CM4 Analizar una situación compleja extrayendo cuales son las cantidades físicas relevantes y ser capaz de reducirla a un modelo parametrizado.

CONOCIMIENTOS O CONTENIDOS

CN1 Comprender conceptos avanzados de Física y demostrar, en un contexto de investigación científica altamente especializada, una relación detallada y fundamentada entre los aspectos teóricos y prácticos y la metodología empleada en este campo.

CN2 Conocer y comprender los elementos más relevantes de la física teórica, computacional y de fluidos actual. Profundizar en la comprensión de las teorías que se encuentran en la frontera de estos temas, incluyendo su estructura matemática, su confrontación con resultados experimentales, y la descripción de los fenómenos físicos que dichas teorías explican.

HABILIDADES O DESTREZAS

H3 Utilizar bibliografía y fuentes de información especializada, propias del ámbito de conocimiento de la física, manejando las principales bases de datos de recursos científicos.

H5 Modelizar sistemas de alto grado de complejidad. Identificar variables y parámetros relevantes y realizar aproximaciones que simplifiquen el problema. Construir modelos físicos que describan y expliquen situaciones en ámbitos diversos.

COMPETENCIAS

CM1 Poseer la capacidad para el desarrollo de una aptitud crítica ante el aprendizaje que le lleve a plantearse nuevos problemas desde perspectivas no convencionales.

CM4 Analizar una situación compleja extrayendo cuales son las cantidades físicas relevantes y ser capaz de reducirla a un modelo parametrizado.

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.