Aplicación de la mecánica de fluidos computacional como complemento de enseñanza en la universidad: estudio de flujos compresibles

Abstract

El grado de madurez alcanzado por la Mecánica de Fluidos Computacional, o Computational Fluid Dynamic por sus siglas en inglés (CFD), hace que sea una herramienta cada vez más utilizada en el diseño por los ingenieros. Luego, su incorporación como herramienta de trabajo es cada vez más importante y necesaria en los planes de enseñanza dentro de las carreras de grado en el ámbito de la ingeniería. El presente trabajo, tiene como finalidad el ir incorporando el uso de CFD para mejorar el dictado de la Cátedra de Mecánica de los Fluidos y Máquinas Fluidodinámicas dentro de la carrera de Ingeniería Electromecánica de la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Mendoza (UTN/FRM). El objetivo de este trabajo es aplicar la CFD a la resolución y visualización de flujos compresibles en toberas convergentes y convergentes-divergentes, obteniéndose curvas para la variación de la presión y el caudal másico dentro de la tobera. Se muestra también el patrón de flujo en su interior, el fenómeno de bloqueo del flujo y la onda de choque normal que aparece, a medida que se cambian las condiciones de operación de la tobera. Mediante la comparación de resultados obtenidos mediante las expresiones analíticas desarrolladas durante el dictado de la Asignatura y las soluciones CFD para el fenómeno de bloqueo, el campo de presiones y el número de Mach, se consigue que los desarrollos teóricos relacionados con estos temas tengan su contraparte computacional permitiendo al estudiante valorar las posibilidades que la CFD ofrece. Como conclusión se muestra que la CFD es muy útil para mostrar a los estudiantes fenomenología relacionada con flujos complejos y que les permita una mejor comprensión de los fenómenos estudiados. La posibilidad de su uso como herramienta para el análisis de la compleja fenomenología que presenta este tipo de flujos, posibilitando representaciones visuales de detalle del flujo, son de gran interés y motivantes para el estudiante, y más teniendo en cuenta el elevado costo que estas representaciones tendrían si se hicieran mediante técnicas experimentales, técnicas que muchas veces no están al alcance de los actuales presupuestos destinados a la educación superior.