Comprender qué es la dinámica de fluidos

La dinámica de fluidos es el estudio del movimiento de fluidos, incluidas sus interacciones cuando dos fluidos entran en contacto entre sí. En este contexto, el término "fluido" se refiere a líquido o gases. Es un enfoque estadístico macroscópico para analizar estas interacciones a gran escala, ver los fluidos como un continuo de materia e ignorar generalmente el hecho de que el líquido o el gas están compuestos de átomos individuales..

La dinámica de fluidos es una de las dos ramas principales de mecánica de fluidos, con la otra rama siendo estática fluida, El estudio de fluidos en reposo. (Quizás no sea sorprendente, la estática de fluidos puede considerarse como un poco menos emocionante la mayor parte del tiempo que la dinámica de fluidos).

Conceptos clave de dinámica de fluidos

Cada disciplina involucra conceptos que son cruciales para entender cómo funciona. Estos son algunos de los principales que encontrará cuando intente comprender la dinámica de fluidos..

Principios básicos de fluidos

Los conceptos de fluidos que se aplican en la estática de fluidos también entran en juego cuando se estudia el fluido que está en movimiento. El primer concepto en mecánica de fluidos es el de flotabilidad, descubierto en la antigua Grecia por Arquímedes..

A medida que fluyen los fluidos, la densidad y la presión de los fluidos también son cruciales para comprender cómo interactuarán. La viscosidad determina la resistencia al cambio del líquido, por lo que también es esencial para estudiar el movimiento del líquido. Estas son algunas de las variables que surgen en estos análisis:

• Viscosidad a granel: μ
• Densidad: ρ
• Viscosidad cinemática: ν = μ / / ρ

Fluir

Dado que la dinámica de fluidos implica el estudio del movimiento de fluidos, uno de los primeros conceptos que debe entenderse es cómo los físicos cuantifican ese movimiento. El término que usan los físicos para describir las propiedades físicas del movimiento del líquido es fluir. Flow describe una amplia gama de movimientos de fluidos, como soplar por el aire, fluir a través de una tubería o correr a lo largo de una superficie. El flujo de un fluido se clasifica de varias maneras diferentes, en función de las diversas propiedades del flujo..

Flujo constante versus flujo inestable

Si el movimiento del fluido no cambia con el tiempo, se considera un flujo constante. Esto está determinado por una situación en la que todas las propiedades del flujo permanecen constantes con respecto al tiempo o alternativamente se puede hablar diciendo que las derivadas temporales del campo de flujo desaparecen. (Consulte cálculo para obtener más información sobre la comprensión de derivados).

UN flujo en estado estacionario es aún menos dependiente del tiempo porque todas las propiedades del fluido (no solo las propiedades del flujo) permanecen constantes en cada punto dentro del fluido. Entonces, si tuvo un flujo constante, pero las propiedades del fluido en sí mismo cambiaron en algún momento (posiblemente debido a una barrera que causa ondas dependientes del tiempo en algunas partes del fluido), entonces tendría un flujo constante que es no un flujo en estado estacionario.

Sin embargo, todos los flujos de estado estacionario son ejemplos de flujos estables. Una corriente que fluye a una velocidad constante a través de una tubería recta sería un ejemplo de flujo en estado estable (y también un flujo constante). 

Si el flujo en sí tiene propiedades que cambian con el tiempo, se llama flujo inestable o un flujo transitorio. La lluvia que fluye hacia una canaleta durante una tormenta es un ejemplo de flujo inestable.

Como regla general, los flujos constantes facilitan el tratamiento de los problemas que los flujos inestables, que es lo que uno esperaría dado que los cambios dependientes del tiempo en el flujo no tienen que ser tomados en cuenta, y las cosas que cambian con el tiempo normalmente van a hacer las cosas más complicadas.

Flujo Laminar vs. Flujo Turbulento

Se dice que un flujo suave de líquido tiene flujo laminar. Se dice que el flujo que contiene un movimiento no lineal aparentemente caótico tiene flujo turbulento. Por definición, un flujo turbulento es un tipo de flujo inestable. 

Ambos tipos de flujos pueden contener remolinos, vórtices y varios tipos de recirculación, aunque cuantos más comportamientos existan, más probable es que el flujo se clasifique como turbulento..