Dinámica de Fluidos Computacional - esime

SIP-30
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARIA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
DIRECCIÓN DE POSGRADO
FORMATO GUÍA PARA REGISTRO DE ASIGNATURAS
Hoja 1 de 3
I.
DATOS DEL PROGRAMA Y LA ASIGNATURA
1.1
NOMBRE DEL PROGRAMA:
1.2
COORDINADOR DEL PROGRAMA: DR. LORENZO ALBERTO MARTÍNEZ SUÁSTEGUI
1.3
NOMBRE DE LA ASIGNATURA:
DINÁMICA DE FLUIDOS COMPUTACIONAL
1.4
CLAVE:
(Para ser llenado por la SIP)
1.5
TIPO DE ASIGNATURA:
MAESTRÍA EN CIENCIAS EN TERMOFLUIDOS
OBLIGATORIA
X
SEMINARIO
ESTANCIA
72
1.6
NÚMERO DE HORAS:
1.7
UNIDADES DE CRÉDITO:
1.8
FECHA DE LA ELABORACIÓN DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA:
1.9
TEORÍA
OPTATIVA
PRACTICA
SESIÓN DEL COLEGIO DE PROFESORES
EN QUE SE ACORDÓ LA IMPLANTACIÓN
DE LA ASIGNATURA:
SESIÓN No.
0
II.
DATOS DEL PERSONAL ACADÉMICO
2.1
COORD. ASIGNATURA:
M
05
12
d
m
a
d
m
a
FECHA:
a
DR. LORENZO ALBERTO MARTÍNEZ
CLAVE:
SUÁSTEGUI
DR. LORENZO ALBERTO MARTÍNEZ
SUÁSTEGUI
19
(Para ser llenado por la SIP)
d
PROFR. PARTICIPANTE:
T-P
8
1.10 FECHA DE REGISTRO EN SIP:
2.2
0
CLAVE:
Hoja 2 de 3
III.
DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
III.1
OBJETIVO GENERAL:
-
El alumno deberá adquirir los principios fundamentales de la dinámica de fluidos computacional,
mediante el estudio de distintos esquemas de soluciones discretas, que le permitan comprender,
desarrollar e implementar modelos numéricos en la solución de problemas de ingeniería
relacionados con fenómenos de transporte
-
El alumno adquirirá los conocimientos necesarios para resolver sistemas de ecuaciones
diferenciales ordinarias, en derivadas parciales, ligadas a los distintos fenómenos de transporte
(fluidos, calor y masa), que de manera ordinaria no tienen solución analítica, mediante estudios de
los distintos métodos numéricos existentes en la Dinámica de Fluidos Computacional.
-
Aplicará sus conocimientos fundamentales de CFD para realizar análisis y diseño de sistemas
térmicos y de fluidos, mediante la aplicación y uso de software especializado (FLUENT,
CHEMKIN, etc).
III.2 DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO
TEMAS Y SUBTEMAS
TIEMPO
UNIDAD 1 INTRODUCCIÓN
1.1 Generalidades
6 hrs
1.2 Cálculos unidimensionales por medio del método de diferencias finitas
1.3 Cálculos unidimensionales por medio del elemento finito
1.4 Cálculos unidimensionales por medio del método del volumen finito
1.5 Condiciones de frontera Neumann
1.6 Condición de frontera Dirichlet
UNIDAD 2 ECUACIONES GOBERNANTES
6 hrs
2.1 Clasificación de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales
2.2 Sistema de ecuaciones de Navier-Stokes
2.3 Condiciones de frontera
UNIDAD 3 MÉTODO DE DIFERENCIAS FINITAS
3.1 Derivación de las ecuaciones en diferencias finitas
3.2 Métodos generales
3.3 Derivadas de orden mayor
3.4 Fórmulas de diferencias finitas multidimenisonales
3.5 Mallas no uniformes
13 hrs
3.6 Esquemas de precisión de mayor orden
3.7 Precisión de solución de diferencias finitas
UNIDAD 4 MÉTODOS DE SOLUCIÓN DE ECUACIONES EN DIFERENCIAS FINITAS
16 hrs
4.1 Ecuaciones elípticas
4.1.2 Métodos de solución iterativos
4.1.3 Método directo con eliminación Gaussiana
4.2 Ecuaciones parabólicas
4.2.1 Esquemas explícitos y análisis de estabilidad de Neumann
4.2.2 Esquemas implícitos
4.2.3 Esquemas implícitos de dirección alternante
4.2.4 Método directo con el algoritmo de la matríz tridiagonal (TDMA)
4.3 Ecuaciones hiperbólicas
4.3.1 Esquemas explícitos y análisis de estabilidad de Neumann
4.3.2 Esquemas implícitos
4.3.3 Problemas no lineales
4.4 Transformación de coordenadas para geometrías arbitrarias
4.4.1 Determinación del Jacobiano y ecuaciones transformadas
4.4.2 Solución por el método de MacCormack
4.5 Problemas ejemplo
4.5.1 Ecuación elíptica (conducción de calor)
4.5.2 Ecuación parabólica (flujo de Couette)
4.5.3 Ecuación hiperbólica (ecuación de onda)
3.5.4 Ecuación de onda no lineal
UNIDAD 5 FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE VIA DIFERENCIAS FINITAS
5.1 Ecuación potencial
5.2 Ecuaciones de Euler
5.2.1 Propiedades matemáticas de la ecuación de Euler
5.2.2 Esquema central con discretización independiente en el tiempo
5.3 Sistema de ecuaciones de Navier-Stokes
5.4 Métodos de variación dependientes del campo de flujo
15 hrs
UNIDAD 6 MÉTODO DE VOLUMEN FINITO VIA DIFERENCIAS FINITAS
8 hrs
6.1 Problemas bidimensionales
6.2 Formulación
6.3 Ejemplos
UNIDAD 7 INTRODUCCIÓN AL MÉTODO DEL ELEMENTO FINITO
8 hrs
7.1 Formulación del elemento finito
7.2 Definiciones de errores
7.3 Funciones de interpolación del elemento finito
7.3.1 Elementos unidimensionales
7.3.2 Elementos bidimensionales
7.4 Método de Galerkin (problema en estado estacionario)
7.5 Método de Galerkin generalizado (problema transitorio)
7.6 Solución de ecuaciones con elemento finito
Hoja 3 de 3
III.3 BIBLIOGRAFIA UTILIZADA EN LA ASIGNATURA
1. Lomax H., Fundamentals of Computational Fluid Dynamics, Pringer, 2004
2. Chung T.J., Computational Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 2002
3. Tannehill J., Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, TF-Taylor, 1997
4. Date A. Introduction to Computational Fluid Dynamics, Cambridge University Press, 2005
5. Anderson J.D., Computational Fluid Dynamics: An Introduction, Springer, 1996
6. Anderson J. D., Computational Fluid Dynamics: The Basics with Applications, McGraw-Hill, 1995
III.4 PROCEDIMIENTOS O INSTRUMENTOS DE EVALUACIÓN A UTILIZAR
Tareas
60%
Proyecto final
40%
Total
100%
Se sugiere que durante el curso se realicen práctias, utilizando software especializado como FLUENT
y CHEMKIN, con el fin de reforzar los aspectos fundamentales de la dinámica de fluidos
computacional.
6

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