Guía docente de la asignatura

Transcripción

1 Guía docente de la asignatura Asignatura Titulación Ingeniería de Fluidos Máster en Energía: Generación, gestión y uso eficiente Plan 523 Código Periodo de impartición SEGUNDO CUATRIMESTRE Tipo/Carácter OB Nivel/Ciclo MÁSTER Curso 1º Créditos ECTS 6 Lengua en que se imparte Profesor/es responsable/s Datos de contacto ( , teléfono ) Horario de tutorías ESPAÑOL JOSÉ BENITO SIERRA PALLARES jsierra@eii.uva.es Véase Departamento INGENIERÍA ENERGÉTICA Y FLUIDOMECÁNICA 1. Situación / Sentido de la Asignatura 1.1 Contextualización Esta asignatura se imparte en el primer cuatrimestre del primer curso y en ella se desarrollan, partiendo de las competencias desarrolladas en las asignaturas básicas de los grados que dan acceso al máster, aspectos relativos a los fenómenos de transporte, las ecuaciones de conservación (especialmente en forma diferencial), flujos laminares y turbulentos, la resolución numérica de las ecuaciones de la mecánica de fluidos y fundamentos de instalaciones hidráulicas. 1.2 Relación con otras materias Matemáticas Física Ingeniería Térmica y Fluidomecánica 1.3 Prerrequisitos Para un adecuado seguimiento de la asignatura, es preciso un dominio suficiente de: - el cálculo diferencial, cálculo integral, ecuaciones diferenciales. - la mecánica del sólido rígido. -el primer principio de la termodinámica. Así como:

2 - capacidad para la resolución de problemas matemáticos. Aptitud para aplicar conocimientos sobre cálculo diferencial e integral, y ecuaciones diferenciales y en derivadas parciales - comprensión y dominio de los conceptos básicos sobre las leyes generales de la física. 2. Competencias 2.1 Generales CG3. Capacidad para aprender y trabajar de forma autónoma. CG5. Capacidad para aplicar los conocimientos a la práctica. CG10. Capacidad para el manejo de especificaciones técnicas y para elaboración de informes técnicos. Competencias Específicas: 2.2 Específicas CE02 Familiarización con la identificación de la naturaleza de los fenómenos fluidomecánicos, su formulación matemática y la conversión a modelos numéricos de volúmenes finitos para su resolución. CE03 Tomar decisiones sobre los casos test de referencia más adecuados, desarrollar el sentido crítico a la hora de identificar posibles errores numéricos y proponer mejoras, para validar la correcta formulación del modelo. CE07 Conocimiento aplicado de los fundamentos de los sistemas y máquinas fluidomecánicas, Comprender la terminología técnica, tipos, funcionamiento. 3. Objetivos Identificar y evaluar las propiedades básicas de transporte de los fluidos y los parámetros fundamentales del flujo. Conocer los métodos de análisis y las leyes fundamentales que gobiernan el comportamiento de los fluidos. Identificar las variables más relevantes que gobiernan un movimiento fluido particular. Comprender los mecanismos básicos de los flujos laminar y turbulento así como sus implicaciones prácticas. Conocer los métodos de resolución numérica principales de las ecuaciones de la mecánica de fluidos Valorar los resultados experimentales y de cálculo. Plantear y resolver problemas en equipo.

3 4. Tabla de dedicación del estudiante a la asignatura ACTIVIDADES PRESENCIALES HORAS ACTIVIDADES NO PRESENCIALES HORAS Clases teóricas 30 Estudio y trabajo autónomo individual 87.5 Clases prácticas 10 Estudio y trabajo autónomo grupal 2.5 Laboratorios 18 Prácticas externas, clínicas o de campo Seminarios 2 Otras actividades Total presencial 60 Total no presencial Bloques temáticos Bloque 1: Dinámica de fluidos computacional Carga de trabajo en créditos ECTS: 4.8 a. Contextualización y justificación Este primer bloque se corresponde con los temas 1 6 de la asignatura. En el primer tema se introducirá la dinámica de fluidos computacional como una parte de la mecánica de fluidos. En el segundo, se recordará la aplicación de las ecuaciones generales de la mecánica de fluidos en forma integral y se deducirán las formas diferenciales. Se discutirá existencia de soluciones y los posibles métodos de resolución. A partir de los principios básicos de la mecánica de fluidos se simplifican las ecuaciones generales de la mecánica de fluidos para diferentes flujos particulares. El objetivo del tema 3 es discutir la naturaleza y características de la turbulencia, así como su rol en la dinámica de fluidos computacional. A partir del tema 4, la discusión se centra en los principales métodos de resolución numérica de las ecuaciones que gobiernan los distintos flujos. Posteriormente se particularizará en el tema 5 el caso de los flujos multifásicos. El bloque temático finaliza con un tema resumen de buenas prácticas en dinámica de fluidos computacional. b. Objetivos de aprendizaje Conocer los principios físicos de los diferentes mecanismos de transporte en fluidos. Conocer las leyes que rigen el transporte molecular de masa, cantidad de movimiento y energía. Identificar y evaluar las propiedades básicas de transporte de los fluidos y los parámetros fundamentales del flujo. Plantear las ecuaciones generales que rigen el movimiento del fluido en cada caso así como sus condiciones de contorno. Plantear los métodos de resolución numérica de dichas ecuaciones generales. Ser capaces de integrar el conocimiento adquirido en las clases teóricas en el laboratorio de simulación utilizando un software de dinámica de fluidos computacional.

4 c. Contenidos 1. Introducción a la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) 1.1. Qué es la CFD? 1.2. Ventajas e inconvenientes 1.3. Aplicaciones en el campo de la energía 2. Ecuaciones generales de conservación en mecánica de fluidos 2.1. Ecuación de conservación de la masa 2.2. Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento 2.3. Ecuación de conservación de la energía 2.4. Ecuación de conservación de las especies 2.5. Forma general de la ecuación de conservación 2.6. Condiciones de contorno 2.7. Propiedades físicas 2.8. Existencia y unicidad de la solución: movimiento turbulento 3. Turbulencia 3.1. Introducción 3.2. Naturaleza y características de la turbulencia 3.3. Origen de la turbulencia. Inestabilidades 3.4. Descripción del mecanismo de cascada de energía y las escalas de la turbulencia 3.5. Ecuaciones de Reynolds 3.6. Métodos de cálculo y análisis de flujos turbulentos 3.7. Capa límite turbulenta. Ley de pared 4. Aspectos numéricos de la dinámica de fluidos computacional 4.1. Introducción 4.2. Balance en una celda 4.3. Esquemas de discretización 4.4. Acoplamiento presión-velocidad 4.5. Solución de ecuaciones discretizadas 4.6. Flujos no estacionarios 4.7. Implementación de condiciones de contorno 4.8. Modelado de la turbulencia 4.9. Modelado de la capa límite Generación de mallas 5. Modelado de flujos multifase 5.1. Introducción y caracterización 5.2. Fuerzas sobre partículas dispersas 5.3. Modelos computacionales 5.4. Condiciones de contorno 6. Buenas prácticas en CFD 6.1. Geometría y diseño de la malla

5 6.2. Incertidumbre numérica. Convergencia 6.3. Condiciones de contorno turbulentas 6.4. Verificación, validación y calibración d. Métodos docentes Clases de aula teóricas. Clase de aula de problemas. Prácticas de laboratorio en aula de simulación con software comercial de dinámica de fluidos computacional. e. Plan de trabajo Semanas 1-12 f. Evaluación La evaluación de la asignatura se encuentra recogida en el apartado 7 de ésta guía docente g. Bibliografía básica Mecánica de Fluidos. A. Crespo. Computational Fluid Dynamics: An introduction. H. K. Versteeg y W. Malalasekera Computational Fluid Dynamics for Engineers. B. Andersson y otros h. Bibliografía complementaria Fenómenos de Transporte. R. B. Bird, W. Stewart y E. Lightfoot Técnicas numéricas en Ingeniería de Fluidos. J. M. Fernández - Oro i. Recursos necesarios Pizarra, Ordenador /Cañón

6 Bloque 2: Instalaciones hidráulicas Carga de trabajo en créditos ECTS: 1.2 a. Contextualización y justificación En este segundo bloque se estudian los fundamentos de las redes hidráulicas, su diseño y cálculo tanto por métodos analíticos como computacionales. b. Objetivos de aprendizaje Conocer los fundamentos del análisis de redes hidráulicas. Planteamiento de problemas de redes hidráulicas complejas y utilización se software para su cálculo. Conocimiento de problemas comunes asociados a las redes hidráulicas. c. Contenidos 1. Curvas características 1.1. Curva de la instalación 1.2. Curvas de la bomba 1.3. Acoplamiento bomba instalación 1.4. Selección de bombas 1.5. Regulación del punto de funcionamiento de una instalación 2. Conductos 2.1. Tuberías en serie 2.2. Tuberías en paralelo 2.3. Redes de tuberías 2.4. Golpe de ariete d. Métodos docentes Clases de aula teóricas. Clase de aula de problemas. e. Plan de trabajo Semanas f. Evaluación La evaluación de la asignatura se encuentra recogida en el apartado 7 de ésta guía docente

7 g. Bibliografía básica Mecánica de Fluidos. A. Crespo. h. Bibliografía complementaria Mecánica de Fluidos. F. White i. Recursos necesarios Pizarra, Ordenador /Cañón 6. Temporalización (por bloques temáticos) BLOQUE TEMÁTICO CARGA ECTS PERIODO PREVISTO DE DESARROLLO Bloque Semanas 1 12 Bloque Semanas Sistema de calificaciones Tabla resumen INSTRUMENTO/PROCEDIMIENTO PESO EN LA NOTA FINAL OBSERVACIONES Pruebas escritas intermedias 50% Proyecto de simulación numérica 50 % Cuestiones y/o problemas sobre la materia vista hasta ese momento. Realización de un caso práctico de simulación numérica en un problema de ingeniería de fluidos y presentación del mismo 8. Consideraciones finales La programación en semanas y la carga en ECTS debe considerarse como una aproximación. Se usará el Campus Virtual para proporcionar al alumno materiales y recursos.