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عدد المساهمات : 18996 التقييم : 35494 تاريخ التسجيل : 01/07/2009 الدولة : مصر العمل : مدير منتدى هندسة الإنتاج والتصميم الميكانيكى
| موضوع: كتاب Mecanica de fluidos - Fundamentos y aplicaciones الخميس 07 مايو 2020, 1:52 am | |
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أخوانى فى الله أحضرت لكم كتاب Mecanica de fluidos - Fundamentos y aplicaciones Segunda ecficion Yunus A. Cengel , John M. Cimbaia
و المحتوى كما يلي :
Prefacio xv C A P a T U L O U N O INTRODUCCioN Y CONCEPTOS BaSICOS 1 1-1 Introduccion 2 Qué es un fluidoa 2 Areas de aplicacion de la mecanica de fluidos 4 1-2 Condicion de no-deslizamiento 6 1-3 Breve historia de la mecanica de fluidos 7 1-4 Clasificacion de los flujos de fluidos 9 Regiones viscosas de flujo en comparacion con las no-viscosas 9 Flujo interno en comparacion con el externo 10 Flujo compresible en comparacion con el incompresible 10 Flujo laminar en comparacion con el turbulento 11 Flujo natural (o no-forzado) en comparacion con el forzado 11 Flujo estacionario en comparacion con el no-estacionario 11 Flujos unidimensional, bidimensional y tridimensional 13 1-5 Sistema y volumen de control 14 1-6 Importancia de las dimensiones y de las unidades 15 Algunas unidades SI e inglesas 16 Homogeneidad dimensional 19 Razones unitarias para conversion de unidades 20 1-7 Modelado matematico de los problemas de ingenieraa 21 Modelado en ingenieraa 22 1-8 Técnica para la resolucion de problemas 23 Paso 1: Enunciado del problema 23 Paso 2: Esquema 24 Paso 3: Suposiciones y aproximaciones 24 Paso 4: Leyes fasicas 24 Paso 5: Propiedades 24 Paso 6: Calculos 24 Paso 7: Razonamiento, verificacion y discusion 24 1-9 Paquetes de software para ingenieraa 25 Engineering Equation Solver (EES) (Programa para resolver ecuaciones de ingenieraa) 26 Flow-Lab 27 1-10 Exactitud, precision y dagitos significativos 27 Resumen 31 Bibliografaa y lecturas recomendadas 31 Proyector de aplicaciones: aqué tienen en coman las explosiones nucleares y las gotas de lluviaa 32 Problemas 33 C A P a T U L O D O S PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 37 2-1 Introduccion 38 Medio continuo 38 2-2 Densidad y gravedad especafica 39 Densidad de los gases ideales 40 2-3 Presion de vapor y cavitacion 41 2-4 Energaa y calores especaficos 43 2-5 Compresibilidad y velocidad del sonido 44 Coeficiente de compresibilidad 44 Coeficiente de expansion volumétrica 46 La velocidad del sonido y el namero de Mach 48 2-6 Viscosidad 50 2-7 Tension superficial y efecto capilar 55 Efecto capilar 58 Resumen 61 Proyector de aplicaciones: cavitacion 62 Bibliografaa y lecturas recomendadas 63 Problemas 63 C A P a T U L O T R E S PRESioN Y ESTaTICA DE FLUIDOS 73 3-1 Presion 74 Presion en un punto 75 Variacion de la presion con la profundidad 76 3-2 Dispositivos de medicion de presion 79 El barametro 79 El manametro 82 Otros instrumentos para medir la presion 86 3-3 Introduccion a la estatica de fluidos 87 3-4 Fuerzas hidrostaticas sobre superficies planas sumergidas 88 Caso especial: placa rectangular sumergida 90 3-5 Fuerzas hidrostaticas sobre superficies curvas sumergidas 93 3-6 Flotacion y estabilidad 97 Estabilidad de los cuerpos sumergidos y de los flotantes 100 3-7 Fluidos en el movimiento del cuerpo ragido 102 Caso especial 1: Fluidos en reposo 104 Caso especial 2: Caada libre de un cuerpo de fluido 104 C O N T E N I D OCONTENIDO ix Aceleracion sobre una trayectoria recta 105 Rotacion en un recipiente cilandrico 107 Resumen 110 Bibliografaa y lecturas recomendadas 111 Problemas 111 C A P a T U L O C U A T R O CINEMaTICA DE FLUIDOS 131 4-1 Descripciones lagrangiana y euleriana 132 Campo de aceleraciones 134 Derivada material 137 4-2 Patrones de flujo y visualizacion del flujo 139 Laneas de corriente y tubos de corriente 139 Laneas de trayectoria 140 Laneas de traza 142 Laneas fluidas 144 Técnicas refractivas de visualizacion del flujo 145 Técnicas de visualizacion del flujos sobre la superficie 146 4-3 Graficas de los datos sobre flujo de fluidos 146 Graficas de perfiles 147 Graficas vectoriales 147 Graficas de contornos 148 4-4 Otras descripciones cinematicas 149 Tipos de movimiento o deformacion de los elementos de fluidos 149 4-5 Vorticidad y rotacionalidad 154 Comparacion de dos flujos circulares 157 4-6 El teorema del transporte de Reynolds 158 Deduccion alternativa del teorema del transporte de Reynolds 163 Relacion entre la derivada material y el RTT 165 Resumen 166 Proyector de aplicaciones: actuadores fluadicos 167 Bibliografaa y lecturas recomendadas 168 Problemas 168 C A P a T U L O C I N C O ECUACIONES DE CONSERVACioN DE MASA, DE BERNOULLI Y DE ENERGaA 183 5-1 Introduccion 184 Conservacion de la masa 184 Conservacion de la cantidad de movimiento 184 Conservacion de la energaa 184 5-2 Conservacion de la masa 185 Gastos de masa y de volumen 185 Principio de conservacion de la masa 187 Volamenes de control en movimiento o en deformacion 189 Balance de masa para procesos de flujo estacionario 189 Caso especial: flujo incompresible 190 5-3 Energaa mecanica y eficiencia 192 5-4 La ecuacion de Bernoulli 197 Aceleracion de una partacula de fluido 197 Deduccion de la ecuacion de Bernoulli 198 Balance de fuerzas a través de las laneas de corriente 200 Flujo no estacionario y compresible 200 Presiones estatica, dinamica y de estancamiento 200 Limitaciones en el uso de la ecuacion de Bernoulli 202 Lanea de gradiente hidraulico (LGH) y lanea de energaa (LE) 203 Aplicaciones de la ecuacion de Bernoulli 205 5-5 Ecuacion general de la energaa 212 Transferencia de energaa por calor, Q 213 Transferencia de energaa por trabajo, W 213 5-6 Analisis de energaa de los flujos estacionarios 217 Caso especial: flujo incompresible sin aparatos de trabajo mecanico y con friccion despreciable 219 Factor de correccion de la energaa cinética, a 219 Resumen 226 Bibliografaa y lecturas recomendadas 227 Problemas 227 C A P a T U L O S E I S ANaLISIS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE FLUJO 239 6-1 Leyes de Newton 240 6-2 Eleccion de un volumen de control 241 6-3 Fuerzas que actaan sobre un volumen de control 242 6-4 La ecuacion de la cantidad de movimiento lineal 245 Casos especiales 247 Factor de correccion del flujo de la cantidad de movimiento, B 247 Flujo estacionario 249 Flujo sin fuerzas externas 250 6-5 Repaso del movimiento de rotacion y de la cantidad de movimiento angular 259 6-6 La ecuacion de la cantidad de movimiento angular 261 Casos especiales 263 Flujo sin momentos externos 264 Dispositivos de flujo radial 265 Resumen 269 Bibliografaa y lecturas recomendadas 270 Problemas 270 C A P a T U L O S I E T E ANaLISIS DIMENSIONAL Y MODELADO 283 7-1 Dimensiones y unidades 284 7-2 Homogeneidad dimensional 285 Eliminacion de dimensiones de las ecuaciones 2867-3 Analisis dimensional y similitud 291 7-4 El método de repeticion de variables y el teorema Pi de Buckingham 295 Proyector histarico: personas honradas con parametros adimensionales 303 7-5 Pruebas experimentales y similitud incompleta 311 Configuracion de un experimento y correlacion de los datos experimentales 311 Similitud incompleta 312 Pruebas en el tanel de viento 312 Flujos con superficies libres 315 Proyector de aplicaciones: acamo vuela una moscaa 318 Resumen 319 Bibliografaa y lecturas recomendadas 319 Problemas 319 C A P a T U L O O C H O FLUJO EN TUBERaAS 337 8-1 Introduccion 338 8-2 Flujos laminar y turbulento 339 Namero de Reynolds 340 8-3 La region de entrada 341 Longitudes de entrada 342 8-4 Flujo laminar en tuberaas 343 Caada de presion y pérdida de carga 345 Efecto de la gravedad sobre la velocidad y el caudal en flujo laminar 347 Flujo laminar en tuberaas no-circulares 348 8-5 Flujo turbulento en tuberaas 351 Esfuerzo de corte turbulento 353 Perfil de velocidad turbulento 354 La grafica de Moody y la ecuacion de Colebrook 357 Tipos de problemas de flujo de fluidos 359 8-6 Pérdidas menores 364 8-7 Redes de tuberaa y seleccion de bombas 371 Tuberaas en serie y en paralelo 371 Sistemas de tuberaas con bombas y turbinas 373 8-8 Medicion de razan de flujo y de velocidad 380 Sonda de Pitot y sonda de Pitot estatica (tubo de Prandtl) 381 Flujametros de obstruccion: placas de orificio, medidores de Venturi y toberas de flujo 382 Flujametros de desplazamiento positivo 386 Caudalametros de desplazamiento positivo 386 Flujametros de turbina 386 Flujametros de area variable (rotametro) 388 Flujametros ultrasanicos 389 Flujametros electromagnéticos 391 Flujametros de vartice 392 Anemametros térmicos (de hilo calientey pelacula caliente) 392 Velocimetraa laser Doppler 394 Velocimetraa de imagen de partacula 396 Proyector de aplicaciones: camo funcionan, o no funcionan, los flujametros de placa de orificio 399 Resumen 400 Bibliografaa y lecturas recomendadas 401 Problemas 402 C A P a T U L O N U E V E ANaLISIS DIFERENCIAL DE FLUJO DE FLUIDOS 419 9-1 Introduccion 420 9-2 Conservacion de masa: la ecuacion de continuidad 420 Deduccion con el uso del teorema de divergencia 421 Deduccion con el uso de un volumen de control infinitesimal 422 Forma alternativa de la ecuacion de continuidad 425 Ecuacion de continuidad en coordenadas cilandricas 426 Casos especiales de la ecuacion de continuidad 426 9-3 La funcion de corriente 432 La funcion de corriente en coordenadas cartesianas 432 La funcion de corriente en coordenadas cilandricas 439 La funcion de corriente de flujo compresible 440 9-4 Conservacion de cantidad de movimiento lineal: ecuacion de Cauchy 441 Deduccion con el uso del teorema de divergencia 441 Deduccion con el uso de un volumen de control infinitesimal 442 Forma alternativa de la ecuacion de Cauchy 445 Deduccion con el uso de la segunda Ley de Newton 445 9-5 La ecuacion de Navier-Stokes 446 Introduccion 446 Fluidos newtonianos versus fluidos no-newtonianos 447 Deduccion de la ecuacion de Navier-Stokes para flujo isotérmico incompresible 448 Ecuaciones de continuidad y de Navier-Stokes en coordenadas cartesianas 450 Ecuaciones de continuidad y de Navier-Stokes en coordenadas cilandricas 451 9-6 Analisis diferencial de problemas de flujo de fluidos 452 Calculo del campo de presion para un campo de velocidad conocido 452 Soluciones exactas de las ecuaciones de continuidad y de Navier-Stokes 457 Resumen 475 Bibliografaa y lecturas recomendadas 475 Problemas 476 x CONTENIDOC A P a T U L O D I E Z SOLUCIONES APROXIMADAS DE LA ECUACioN DE NAVIER-STOKES 491 10-1 Introduccion 492 10-2 Ecuaciones adimensionalizadas de movimiento 493 10-3 Aproximacion de flujo de Stokes 496 Fuerza de arrastre sobre una esfera en flujo de Stokes 499 10-4 Aproximacion para regiones invascidas de flujo 501 Derivacion de la ecuacion de Bernoulli en regiones invascidas de flujo 502 10-5 La aproximacion de flujo irrotacional 505 Ecuacion de continuidad 505 Ecuacion de cantidad de movimiento 507 Deduccion de la ecuacion de Bernoulli en regiones irrotacionales de flujo 507 Regiones irrotacionales bidimensionales de flujo 510 Superposicion de flujo en regiones irrotacionales 514 Flujos planares irrotacionales elementales 514 Flujos irrotacionales formados por superposicion 521 10-6 La aproximacion de capa lamite 530 Ecuaciones de la capa lamite 535 El procedimiento de capa lamite 540 Espesor de desplazamiento 544 Espesor de la cantidad de movimiento 547 Capa lamite turbulenta sobre placa plana 548 Capas lamite con gradientes de presion 554 Técnica de la integral de la cantidad de movimiento para capas lamite 559 Resumen 567 Bibliografaa y lecturas recomendadas 568 Proyector de aplicaciones: formacion de gotitas 509 Problemas 570 C A P a T U L O O N C E FLUJO EXTERNO: ARRASTRE Y SUSTENTACioN 583 11-1 Introduccion 584 11-2 Arrastre y sustentacion 586 11-3 Arrastre debido a friccion y a presion 590 Reduccion del arrastre mediante el diseao aerodinamico 591 Separacion de flujo 592 11-4 Coeficientes de arrastre de geometraas comunes 593 Sistemas biolagicos y arrastre 597 Coeficientes de arrastre de vehaculos 598 Superposicion 599 CONTENIDO xi 11-5 Flujo paralelo sobre placas planas 601 Coeficiente de friccion 603 11-6 Flujo sobre cilindros y esferas 606 Efecto de rugosidad de superficie 608 11-7 Sustentacion 610 Efectos de los extremos de las alas 614 Sustentacion generada por rotacion 615 Resumen 619 Bibliografaa y lecturas recomendadas 620 Proyector de aplicaciones: reduccion del arrastre 621 Problemas 622 C A P a T U L O D O C E FLUJO COMPRESIBLE 635 12-1 Propiedades de estancamiento 636 12-2 Flujo isentrapico unidimensional 639 Variacion de la velocidad de fluido con el area de flujo 642 Relaciones de propiedades de flujo isentrapico de gas ideal 643 12-3 Flujo isentrapico en toberas 646 Toberas convergentes 646 Toberas convergente-divergentes 651 12-4 Ondas de choque y ondas de expansion 655 Choques normales 655 Choques oblicuos 661 Ondas de expansion de Prandtl-Meyer 665 12-5 Flujo en ducto con transferencia de calor en caso de friccion despreciable (flujo de Rayleigh) 669 Relaciones entre las propiedades para el flujo de Rayleigh 675 Flujo de Rayleigh bloqueado 676 12-6 Flujo adiabatico en un ducto con friccion (flujo de Fanno) 678 Relaciones entre las propiedades del flujo de Fanno 681 Flujo de Fanno bloqueado 684 Proyector de aplicaciones: interaccion entre las ondas de choque y las capas lamite 688 Resumen 689 Bibliografaa y lecturas recomendadas 690 Problemas 690 C A P a T U L O T R E C E FLUJO EN CANAL ABIERTO 701 13-1 Clasificacion de flujos en canales abiertos 702 Flujos uniforme y variado 702 Flujos laminares y turbulentos en canales 70313-2 Namero de Froude y velocidad de onda 705 Velocidad de ondas superficiales 707 13-3 Energaa especafica 709 13-4 Ecuaciones de conservacion de masa y energaa 712 13-5 Flujo uniforme en canales 713 Flujo uniforme cratico 715 Método de superposicion para perametros no uniformes 716 13-6 Mejores secciones transversales hidraulicas 719 Canales rectangulares 721 Canales trapezoidales 721 13-7 Flujo de variacion gradual 723 Perfiles de superficie de laquido en canales abiertos, y (x) 725 Algunos perfiles representativos de la superficie 728 Soluciones numéricas del perfil de la superficie 730 13-8 Flujo de variacion rapida y salto hidraulico 733 13-9 Control y medicion del flujo 737 Compuertas de corriente subalvea 738 Compuertas de sobreflujo 740 Resumen 747 Bibliografaa y lecturas recomendadas 748 Problemas 748 C A P a T U L O C A T O R C E TURBOMAQUINARIA 761 14-1 Clasificaciones y terminologaa 762 14-2 Bombas 764 Curvas de rendimiento de la bomba y correspondencia entre una bomba y un sistema de tuberaa 765 Cavitacion de la bomba y la carga de aspiracion neta positiva 771 Bombas en serie y en paralelo 774 Bombas de desplazamiento positivo 777 Bombas dinamicas 780 Bombas centrafugas 780 Bombas axiales 790 14-3 Leyes de semejanza para bombas 799 Analisis dimensional 799 Velocidad especafica de la bomba 801 Leyes de semejanza 803 14-4 Turbinas 807 Turbinas de desplazamiento positivo 808 Turbinas dinamicas 808 Turbinas de impulsion o accion 809 Turbinas de reaccion 811 Turbinas de gas y de vapor 822 Turbinas de viento 822 14-5 Leyes de semejanza para turbinas 831 Parametros adimensionales de turbinas 831 Velocidad especafica de las turbinas 833 Proyector de aplicaciones: atomizadores de combustible rotatorios 837 Resumen 838 Bibliografaa y lecturas recomendadas 838 Problemas 839 C A P a T U L O Q U I N C E INTRODUCCioN A LA DINaMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL 853 15-1 Introduccion y fundamentos 854 Motivacion 854 Ecuaciones de movimiento 854 Procedimiento de solucion 855 Ecuaciones de movimiento adicionales 857 Generacion de la malla e independencia de la malla 857 Condiciones de frontera 863 Condiciones de frontera de pared 863 La practica hace al maestro 867 15-2 Calculos de la DFC de flujo laminar 867 Region de entrada de flujo en una tuberaa a Re = 500 867 Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 150 870 15-3 Calculos de la DFC de flujo turbulento 877 Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 10 000 879 Flujo alrededor de un cilindro circular a Re = 107 881 Diseao del estator con alabes guaa para un ventilador de flujo axial 882 15-4 DFC con transferencia de calor 890 Aumento de temperatura en un intercambiador de calor de flujo cruzado 890 Enfriamiento de un arreglo de circuitos integrados 892 15-5 Calculos de la DFC de flujo compresible 897 Flujo compresible por una tobera convergente-divergente 898 Ondas de choque oblicuas en una cuaa 902 15-6 Calculos de la DFC para flujo en canal abierto 903 Flujo sobre una protuberancia en el fondo de un canal 904 Flujo a través de una compuerta de descarga (salto hidraulico) 905 Proyector de aplicaciones: un estamago virtual 906 Resumen 907 Bibliografaa y lecturas recomendadas 907 Problemas 908 A P E N D I C E 1 TABLAS Y GRaFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES SI) 921 TABLA A-1 Masa molar, constante de gas y calores especaficos de gas ideal de algunas sustancias 922 xii CONTENIDOTABLA A-2 Propiedades de puntos de ebullicion y de congelacion 923 TABLA A-3 Propiedades del agua saturada 924 TABLA A-4 Propiedades del refrigerante saturado 925 TABLA A-5 Propiedades del amoniaco saturado 926 TABLA A-6 Propiedades del propano saturado 927 TABLA A-7 Propiedades de laquidos 928 TABLA A-8 Propiedades de metales laquidos 929 TABLA A-9 Propiedades del aire a 1 atm de presion 930 TABLA A-10 Propiedades de gases a 1 atm de presion 931 TABLA A-11 Propiedades de la atmasfera a gran altitud 933 TABLA A-13 Funciones de flujo compresible isentrapico unidimensional para un gas ideal con k = 1.4 935 TABLA A-14 Funciones de onda de choque normal unidimensional para un gas ideal con k = 1.4 936 TABLA A-15 Funciones de flujo de Rayleigh para un gas ideal con k = 1.4 937 TABLA A-16 Funciones de flujo de Fanno para un gas ideal con k = 1.4 938 CONTENIDO xiii A P E N D I C E 2 TABLAS Y GRaFICAS DE PROPIEDADES (UNIDADES INGLESAS) 939 TABLA A-1I Masa molar, constante de gas y calores especaficos de gas ideal de algunas sustancias 940 TABLA A-2I Propiedades de puntos de ebullicion y de congelacion 941 TABLA A-3I Propiedades del agua saturada 942 TABLA A-4I Propiedades del refrigerante-134a saturado 943 TABLA A-5I Propiedades del amoniaco saturado 944 TABLA A-6I Propiedades del propano saturado 945 TABLA A-7I Propiedades de laquidos 946 TABLA A-8I Propiedades de metales laquidos 947 TABLA A-9I Propiedades del aire a 1 atm de presion 948 TABLA A-10I Propiedades de gases a 1 atm de presion 949 TABLA A-11I Propiedades de la atmasfera a gran altitud 951 Glosario 953 andice 967 C A P ? T U L O U N O INTRODUCCI?N Y CONCEPTOS B?SICOS 1 C A P ? T U L O D O S PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 37 C A P ? T U L O T R E S PRESI?N Y EST?TICA DE FLUIDOS 73 C A P ? T U L O C U A T R O CINEM?TICA DE FLUIDOS 131 C A P ? T U L O C I N C O ECUACIONES DE CONSERVACI?N DE MASA, DE BERNOULLI Y DE ENERG?A 183 C A P ? T U L O S E I S AN?LISIS DE LA CANTIDAD DE MOVIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE FLUJO 239 C A P ? T U L O S I E T E AN?LISIS DIMENSIONAL Y MODELADO 283 C A P ? T U L O O C H O FLUJO EN TUBER?AS 337 C A P ? T U L O N U E V E AN?LISIS DIFERENCIAL DE FLUJO DE FLUIDOS 419 C A P ? T U L O D I E Z SOLUCIONES APROXIMADAS DE LA ECUACI?N DE NAVIER-STOKES 491 C A P ? T U L O O N C E FLUJO EXTERNO: ARRASTRE Y SUSTENTACI?N 583 C A P ? T U L O D O C E FLUJO COMPRESIBLE 635 C A P ? T U L O T R E C E FLUJO EN CANAL ABIERTO 701 C A P ? T U L O C A T O R C E TURBOMAQUINARIA 761 C A P ? T U L O Q U I N C E INTRODUCCI?N A LA DIN?MICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL 853
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