Aerodinámica

Transcripción

1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos ECTS: ETSEIB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona MF - Departamento de Mecánica de Fluidos GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES (Plan 2010). (Unidad docente Optativa) GRADO EN INGENIERÍA DE MATERIALES (Plan 2010). (Unidad docente Optativa) GRADO EN INGENIERÍA QUÍMICA (Plan 2010). (Unidad docente Optativa) 4,5 Idiomas docencia: Catalán, Castellano Profesorado Responsable: Otros: Carme Valero Carme Valero Eduard Egusquiza Estevez Horario de atención Horario: Lunes de 10:30-12:30 Miércoles de 10:30-12:30 Jueves de 17:00-19:00 Capacidades previas El alumne deberá tener conocimientos básicos de Mecánica de Fluidos Requisitos Seria recomenable tener la asignatura de Mecánica de Fluids aprobada. Metodologías docentes Habrá dos tipos de sesiones: unas sesiones de tipo teórico y unas sesiones de tipo práctico. En las sesiones de tipo teórico el profesor explicará a los alumnos el temario correspondiente y en las sesiones prácticas del alumno, mediante un programa de simulación en fluidos ya lo largo de todo el curso, implementará en un caso concreto los diferentes conocimiento que se vayan dando. Las sesiones de tipo teórico se realizarán los lunes y las de tipo prácticos los miércoles. Objetivos de aprendizaje de la asignatura El objetivo de la asignatura es introducir al alumno en el mundo de la aerodinámica. Se plantea el cálculo de fuerzas y momentos de flujos externos en torno a diferentes tipos de cuerpos. En primer lugar se trata el caso de flujos sobre perfiles de ala de avión tanto a bajas como a altas velocidades (flujo sónico o supersónico). Se trata también el caso de flujos sobre edificios y se da una visión del flujo alrededor de vehículos terrestres. 1 / 8

2 Horas totales de dedicación del estudiantado Dedicación total: 112h 30m Horas grupo grande: 0h 0.00% Horas grupo mediano: 45h 40.00% Horas grupo pequeño: 0h 0.00% Horas actividades dirigidas: 0h 0.00% Horas aprendizaje autónomo: 67h 30m 60.00% 2 / 8

3 Contenidos 1. INTRODUCCIÓN Dedicación: 2h Grupo mediano/prácticas: 2h El objetivo de este capítulo es introducir al alumno los objetivos y las definciones básicas del curso. 2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES Y ECUACIONES BÁSICAS. Dedicación: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h En este capítulo se hace un repaso a las ecuaciones fundamentales de mecánica de fluidos y se particularizan para el caso de flujo externo turbulento, que será el que se tratará a lo largo de todo el curso. Se acaban plantean las ecuaciones ya simplificadas y listas para utilizar a lo largo del resto de capítulos. Se trata de recordar les ecuacions ya conocidas Mecànica de Fluids y saber aplicarlas para el caso del flujo externo arededor de cuerpos. 3 / 8

4 3. FUNDAMENTOS DEL FLUJO NO VISCOSO INCOMPRESIBLE. FLUJO SOBRE PERFILES DE ALA Dedicación: 5h Grupo mediano/prácticas: 5h Se resuelven las ecuaciones para flujo no viscoso incompresible partir de los métodos del flujo potencial y se aplican al caso de un perfil de ala de avión, obteniéndose resultados teóricos. Se discute la validez de las soluciones contrastando los resultados teóricos con los resultados experimentales que se encuentran en la bibliografía. Se trata de obtener las ecuaciones para el flujo irrotacional e incompresible y llegar a la ecuación de Laplace. A partir de aquí se describen los principales flujos simples y las combinaciones de flujos más importantes. Se llega a la obtención del flujo alrededor de un cilindro con y sin circulación y su aplicación al flujo alrededor de un perfil. 4 / 8

5 4. FLUX COMPRESSIBLE AL VOLTANT DE PERFILS. Dedicación: 5h Grupo mediano/prácticas: 5h Se hace una introducción al flujo compresible alrededor de perfiles de ala de avión. La aplicación del estudio es para determinar las características principales del flujo alrededor de un perfil de ala de avión en vuelo subsónico y supersónico, es decir, cuando las velocidad de vuelo son del orden o superiores a la velocidad del sonido. Conocer las peculiariats del flujo compresible y saberlo diferenciar del incompresible. Ver cuáles son las geometrías más adecuadas para el vuelo subsónico y para el vuelo supersónico y porque. 5. CONTROL DEL FLUJO Y DISEÑO DE PERFILES. Dedicación: 4h Grupo mediano/prácticas: 4h En este capítulo se trata de describir elementos simples y multielementos aerodinámicos para maximizar la sustentación en el caso de los perfiles de ala de avión. Para minimizar la resistencia al avance se introduce el control de la capa límite para la prevención de la separación. Los alumnos deberán conocer la funcionalidad de los diferentes elementos que se pueden añadir a los perfiles para conseguir más sustentación con una mínima resistencia al avance. 5 / 8

6 6. AERODINÁMICA DE VEHICULOS TERRESTRES. Dedicación: 5h Grupo mediano/prácticas: 5h Se da una visión general del flujo alrededor de vehículos terrestres. Se describe la contribución de los diferentes elementos que intervienen en la resistencia al avance del vehículo y como la optimizacion de las formas logra disminuirla También se describen los principales dispositivos para contribuir al aumento de la fuerza de sustentación negativa. Ver las diferencias entre el flujo alrededor de vehículos y el flujo alrededor de perfiles. Conocer la evolución de los campos de presión y velocidad alrededor de las formas principales de los vehículos y conocer la forma de optimizarlas, entendiendo los fenómenos que ocurren localmente en las zonas tales como retrovisores, ruedas, antenas FLUJO ALREDEDOR DE EDIFICIOS Dedicación: 5h Grupo mediano/prácticas: 5h En este capítulo se definen las principales características del flujo alrededor de edificios. En primer lugar se describen los fenómenos desde el punto de vista estático (fuerzas y momentos promediados) y luego se hace un repaso a los diferentes fenómenos dinámicos que pueden aparecer en los edificios más modernos. Conocer las causas y las consecuencias de las fuerzas tanto estáticas como dinámicas que hace el viento sobre los edificios, en especial los de última generación, 6 / 8

7 Planificación de actividades SIMULACION FLUIDODINÁMICA DEL FLUJO ALREDEDOR DE UN CUERPO.OPTIMIZACION AERODINÁMICA DE LAS FORMAS Dedicación: 15h Grupo pequeño/laboratorio: 15h Se darán unas geometrías iniciales de diferentes cuerpos y el alumno en grupos de dos personas deberá elegir una.. A partir de la geometría básica se calcularán fuerzas y momentos que ejerce el fluido sobre el cuerpo mediante el programa de simulación fluidodinámica ANSYS-Fluent. A partir de aquí, y según el caso escogido, los alumnos deberán proponer mejoras geométricas para conseguir mejores prestaciones aerodinámicas. Material de soporte: Se dispondrá de todo el paquete fluidodinámico ANSYS-Fluent. En este paquete se incluye programa de CAD para manipular las geometrías, programa de mallado para definir los diferentes puntos del fluido donde se resolverán las ecuaciones de Mecánica de Fluidos y el programa de simulación para hacer los cálculos y resolver el problema. El programa estará a disposición de los estudiantes no sólo las sesiones dirigidas sino siempre a lo largo de todo el curso lectivo. El alumno dispondra de los tutoriales necesarios para empezar a trabajar con el programa. Descripción de la entrega esperada y vínculos con la evaluación: La entrega se realizara en tres partes a lo largo del curso. La primera entrega se hará después de la cuarta sesión (20% de la nota), la segunda entrega se hará después de la novena sesión (20%) de la nota y la tercera entrega se hará en la última sesión (60% de la nota). En cada entrega se habrá de dar un documento con los resultados alcanzados hasta el momento. La último entrega consistirá en un documento en PDF donde se describirá el trabajo realizado y los objetivos alcanzados. Cada grupo realizara también una breve presentación oral. El principal objetivo es que el estudiante se enfrente a un problema entero de aerodinámica. En primer lugar realizará un análisis fluidodinámico de la geometría inicial y verá cuáles son las partes a mejorar. Después hará una propuesta para mejorar el diseño y comprobará la mejora desde el punto de vista simulación numérica. Esto debe hacerse a lo largo de todo el curso, de manera que podrá ir aplicando sus conocimientos a medida que los adquiere. 7 / 8

8 Sistema de calificación nota final=0.4*examen final+0.2*examen parcial+0.4*trabajo simulació Bibliografía Básica: John D. Anderson. Fundamental of aerodynamics. 5th ed. Singapore: Mc Graw Hill, Houghton,E.L. et al. Aerodynamics for Engineering Students [en línea]. 6th ed. Amsterdam: Elsevier Science, 2013 [Consulta: 23/09/2014]. Disponible a: < ISBN Smith, Hubert ; H. C. Smith. The illustrated guide to aerodynamics. 2nd ed. New York: Mc Graw Hill, ISBN Complementaria: A J Scibor-Rylski. Road Vehicle Aerodynamics. London: Pentech, ISBN / 8