Qué son los Diferentes Tipos de Flujo de Fluido-Explicación Completa

Introducción al Fluido

El fluido es una materia que tiende a deformarse continuamente bajo esfuerzo cortante. Se compone de líquidos y gases. Todos los asuntos de la tierra se pueden clasificar en base a su comportamiento en dos categorías, es decir, Sólidos y Fluidos. La sustancia que tiende a fluir en ciertas condiciones se llama líquido. Es esencial comprender los diferentes tipos de fluido y la diferencia entre fluido y sólido para comprender y visualizar mejor los tipos de flujo de fluido. En este artículo, discutiremos los tipos de fluido y la diferencia entre sólido y fluido en breve y luego pasaremos a los tipos de flujo de fluido.

Los tipos de fluidos

Los fluidos se clasifican en función de su comportamiento bajo esfuerzo cortante. El comportamiento se analiza con la ayuda de una Cantidad llamada Viscosidad y densidad del fluido. La viscosidad es como la fuerza de fricción presente en las Partículas Sólidas, que resisten el Movimiento del Sólido. Resiste el flujo de fluido e induce un movimiento relativo entre las capas de fluido posteriores.

Para clasificar y tener una mejor comprensión de la clasificación, Considere la siguiente Ecuación:

Nota: La ecuación anterior representa el fluido que fluye en Una dirección (dirección X), y el flujo en todas las demás direcciones es Cero.

Podemos clasificar el fluido en 6 tipos diferentes, que se discuten de la siguiente manera:

1. Fluido ideal:

En este tipo de fluido, la viscosidad se considera Cero y la Densidad es Constante en Todas Partes. Significa que no hay movimiento relativo entre las capas de Fluido en el flujo de fluido y todas las capas se mueven con la misma velocidad. El fluido ideal es una suposición, y no están presentes en la realidad. Estas suposiciones se hacen para analizar el comportamiento de algún fluido en condiciones dadas.

En resumen, podemos decir que,

2. Fluido real:

En este tipo de fluido, la viscosidad no es cero y la densidad varía en todas partes del Fluido. Significa que hay movimiento relativo entre las capas de fluido en el flujo de fluido. El fluido real es el comportamiento que posee el Fluido en la realidad, pero a menudo se ignora para simplificar el análisis. En el Fluido Real, no tenemos ninguna fórmula fija para la variación de la Densidad y el valor fijo para la Viscosidad del Fluido. Todos los Fluidos son Fluidos reales en la Naturaleza.

En resumen, podemos decir que,

3. Fluido Newtoniano:

En fluido real, no tenemos la fórmula exacta para calcular la Densidad, y no conocemos la Viscosidad del fluido. El fluido newtoniano es aquel fluido con un valor definido de Viscosidad, y el valor del exponente (n) es 1. La Ecuación para todo el fluido newtoniano se puede escribir de la siguiente manera:

El fluido Newtoniano puede tener una Densidad Constante y variable, pero la Variación de la Densidad

con respecto al tiempo y el espacio será conocida por nosotros.

En resumen, podemos decir que,

4. Fluido no Newtoniano:

En este tipo de fluido, la viscosidad no es cero y se define con precisión. La densidad puede variar o permanecer constante con respecto al Tiempo y el Espacio. La diferencia principal surge con el valor del exponente ‘n’, que no es igual a 1 y depende del tipo de fluido No newtoniano. La Ecuación para todo el Fluido No Newtoniano se puede escribir de la siguiente manera:

5. Fluido Compresible:

Se dice que el fluido es fluido compresible si la densidad varía con el tiempo y el espacio. No podemos decir acerca de la viscosidad en este caso, ya que puede ser Cero o no Cero.

En resumen, podemos decir que,

6. Fluido incompresible:

Se dice que el fluido es Incompresible si la densidad del fluido no varía con el tiempo y el espacio. No podemos decir acerca de la viscosidad en este caso, ya que puede ser Cero o no Cero.

En resumen, podemos decir que,

La siguiente clasificación lista la Propiedad de diferentes fluidos en función de su viscosidad y densidad:

S.no.	Tipo de Fluido	Viscosidad	Densidad
1	Fluido Ideal	Cero	Constante
2	Real Fluido	No-Cero	Variable
3	Fluido Newtoniano	distinto de Cero y han definido la fórmula	Puede ser Constante o variable
4	Fluido no Newtoniano	distinto de Cero y la fórmula depende del tipo de fluido No Newtoniano	Puede ser constante o Variable
5	Fluido Compresible	Cero/Cero	Variable
6	Fluido Incompresible	Cero/Cero	Constante

Sólido vs Fluido: Las diferencias Entre Ellos

Sólidos y líquidos difieren en su comportamiento y no siguen las reglas de la Física, de la misma manera. Debido a su diferencia en propiedades, tenemos Mecánica de Sólidos para Sólidos y Mecánica de Fluidos para Fluidos. Podemos observar muchas diferencias entre ellos a medida que observamos de cerca su comportamiento en diversas condiciones. Para agrupar su Comportamiento de una manera más directa, utilizamos la propiedad llamada Esfuerzo cortante. Define la propiedad de flujo del fluido y cómo su comportamiento es diferente de los sólidos. Los sólidos tienden a doblarse y deformarse bajo la acción del esfuerzo cortante. Por lo tanto, su esfuerzo cortante varía linealmente con la flexión o la deformación. El fluido tiende a deformarse continuamente bajo la acción del esfuerzo cortante, y la variación del esfuerzo cortante no es Lineal con Deformación. Esta es la principal diferencia entre sólido y fluido.

Fig: Comportamiento de Esfuerzo cortante

Fuerza Motriz para Flujo de fluido

Las características de flujo del fluido conducen a diversos Fenómenos como Ciclones, Cambios en el Clima, Enfriamiento del Motor de Combustión Interna y muchas más cosas. Surge la pregunta, ¿cuál es la razón del flujo de fluido? ¿Y podemos predecir el comportamiento del flujo de fluidos en cada condición? El fluido fluye de un Punto a otro debido a la diferencia de presión entre los dos Puntos. El Flujo Natural de Fluido Se Produce de Alta presión a Baja Presión para igualar la diferencia de presión en estos dos puntos. El flujo de la región de Baja Presión a Alta presión se puede lograr con fuerza motriz externa, como Bomba, Etc. Los patrones de flujo de fluidos se pueden clasificar, pero no se pueden predecir con precisión en un instante. Toda la Predicción del comportamiento del flujo de fluido se realiza con el uso de Softwares que utilizan Técnicas Numéricas para Aproximar el comportamiento del flujo en un instante dado.

Fuente de imagen

Para comenzar Nuestro Estudio sobre el Flujo de Fluidos, primero aprendamos sobre diferentes Parámetros en el flujo de fluidos. Estos parámetros son Líneas de Tiempo, Líneas de Ruta, Líneas de Línea y Líneas de Flujo.

Línea de tiempo:

Si marcamos el flujo de partículas de fluido adyacentes en un instante dado de tiempo, forma una línea de tiempo. Por ejemplo, para demostrar el comportamiento de las partículas de fluido bajo la acción de un esfuerzo cortante constante, se introdujo la línea de tiempo para dar la deformación del Fluido en cada instante de tiempo. Por lo tanto, En la línea de tiempo, Todas y cada una de las Partículas de Fluido se trazan en un instante dado de tiempo.

Fig.4: Línea de tiempo

Línea de ruta:

Si trazamos el camino de una partícula fluida durante algún tiempo, forma Línea de ruta. Por ejemplo, tome tinte y humo, y tome una fotografía de larga exposición de su movimiento posterior. La trayectoria trazada por la Partícula es la Línea de trayectoria. Aquí, consideramos una partícula fuente de fluido y Observamos su Trayectoria durante un Tiempo dado. La Trayectoria trazada por las Partículas durante ese Tiempo es la Línea de Trayectoria de la Partícula.

Fig.: Pathline

Streakline:

Si marcamos la Trayectoria de la partícula de fluido en un lugar dado durante algún tiempo, forma Streakline. Durante las pruebas aerodinámicas del túnel de viento del automóvil, se libera humo hacia el automóvil para evaluar la fuerza aerodinámica y la resistencia. El camino trazado por el humo sobre el coche es de rayas. Aquí, consideramos el flujo de capas posteriores, observamos su Posición en un instante dado de tiempo y trazamos la Posición para formar una Línea de rayas.

Fig: Streakline

Streamline:

Es la Trayectoria trazada para una partícula de fluido de modo que la tangente a ella da la dirección de la velocidad de las partículas de fluido en el punto. Dado que son la tangente al flujo, no puede haber flujo a lo largo de la línea aerodinámica. Se utilizan en Simulación por Computadora para la Visualización de Flujo, donde se dibujan Líneas de flujo para representar el campo de velocidad trazado por las Partículas de Fluido.

Fig.: Streamline

Tipos de flujo de fluido

El flujo de fluido se puede clasificar en los siguientes tipos:

1. Flujo uniforme y no Uniforme
2. Flujo constante e Inestable
3. Flujo Rotacional e Irrotacional
4. Flujo Compresible e Incompresible
5. Flujo Viscoso y no Viscoso
6. Flujo Externo e Interno
7. Flujo laminar y turbulento
8. Flujo 1D, 2D y 3D

Estudiemos sobre ellos uno por uno:

1. Flujo uniforme y no Uniforme

Se dice que el flujo de fluido es uniforme si la Velocidad del fluido no cambia con el espacio. Por lo tanto, en este tipo de flujo de fluido, la velocidad solo depende del Tiempo y no de las Coordenadas X, Y, Z de la Partícula de fluido.

Se dice que el flujo de fluido no es uniforme si la Velocidad del fluido cambia con el Espacio. Por lo tanto, en este tipo de flujo, la Velocidad es la Función del Tiempo y las Coordenadas X, Y, Z de las partículas de fluido. Por ejemplo, como se muestra en la figura, la Velocidad de flujo es constante cuando el área de la sección transversal no cambia, pero a medida que cambia el área de la sección transversal, la Velocidad varía a medida que el fluido se mueve hacia la sección. El flujo se vuelve de naturaleza no Unifrom.

El flujo de fluido a través de una tubería con una sección transversal uniforme se denomina flujo uniforme y, si el flujo de fluido pasa por una tubería sin sección transversal uniforme ( o cónica), se denomina flujo no uniforme

2. Flujo constante e inestable

Se dice que el flujo de fluido es constante si las propiedades del fluido, como la velocidad y la presión, no varían con el tiempo. Por lo tanto, en este flujo, las propiedades del fluido solo dependen de las Coordenadas X, Y, Z de una partícula de fluido. Para este tipo de flujo, las líneas de flujo, las líneas de flujo y las líneas de trazado son idénticas.

El flujo de fluido es inestable si las propiedades del fluido, como la velocidad y la presión, varían con el tiempo. Por lo tanto, en este flujo, las propiedades del fluido dependen del tiempo y de las coordenadas X, Y, Z de una partícula de fluido. Para este tipo de flujo, las líneas de flujo, las líneas de flujo y las líneas de trazado no son idénticas.

En la figura Dada, la primera expresión representa flujo constante, mientras que la segunda expresión es para flujo inestable. Una Descarga constante a través de la tubería será un flujo constante, mientras que la descarga variable a través de la tubería será un flujo inestable.

3. Flujo Rotacional e Irrotacional

Si las partículas de fluido giran alrededor de su eje mientras se mueven en la línea de corriente, se denomina Flujo rotacional.
Si las partículas de fluido se mueven en una línea aerodinámica y no giran alrededor de su eje, se denomina flujo irrotacional.
Podemos identificar este tipo de flujo calculando la vorticidad del flujo, que depende de la velocidad del flujo. Si la vorticidad es Cero, el flujo de fluido es Irrotacional; de lo contrario, es flujo rotacional.

4. Flujo Compresible e Incompresible

En el flujo compresible, la densidad del fluido cambia con el tiempo y el espacio. Mientras que, en el flujo incompresible, la densidad del fluido permanece constante. Este flujo encuentra su Aplicación en el Líquido de Frenos. En el Sistema de Frenos, el líquido de frenos transfiere la Presión creada por el pie a las ruedas para que se rompan. Si el fluido es Incompresible, transferirá la Presión Exacta aplicada por el pie a las ruedas para un frenado efectivo. Si el fluido es compresible, la Presión transferida a la Rueda será menor que la aplicada. Incluso puede ser cero. Por lo tanto, el líquido de frenos debe ser de naturaleza incompresible.

Podemos identificar rápidamente estos tipos de flujo de fluido con la ayuda del número Mach. Se define como:

Ma= V/Vs

• Vs= Velocidad del Sonido en el fluido
• V= Velocidad del fluido

0<=Ma<0.33	flujo Incompresible
Ma>0.33	flujo Compresible

5. Flujo Viscoso y No Viscoso:

En el flujo viscoso, las Partículas de fluido experimentan viscosidad entre las capas posteriores y, por lo tanto, se produce un movimiento relativo entre la capa de partículas de fluido. En el Flujo No Viscoso, las Partículas de Fluido no experimentan viscosidad entre las capas Posteriores y, por lo tanto, no hay Movimiento relativo entre las Partículas de Fluido.

6. Flujo Externo e Interno:

Flujo de fluido interno

La presencia de la pared determina este tipo de patrón de flujo. El flujo completamente limitado por un cuerpo sólido se denomina Flujo Interno o Flujo de Conducto.

Si algún cuerpo sólido no une el Flujo, se denomina Flujo Externo. Por ejemplo, el flujo sobre un automóvil se llama Flujo externo, que se visualiza con la ayuda de software y prueba de túnel de viento. El flujo dentro de una tubería circular es un Flujo Interno y se puede visualizar fácilmente con la ayuda de software y experimentos de laboratorio simples.

7. Flujo Laminar y Turbulento

En el Flujo laminar, las partículas de fluido se mueven en diferentes capas y no se mezclan macroscópicamente. En este tipo de flujo de fluido, podemos predecir el Patrón de Flujo en un instante dado de tiempo. Todas las capas posteriores son paralelas entre sí en el Flujo.

En el Flujo Turbulento, las partículas de fluido se Entremezclan y el flujo se vuelve aleatorio. El patrón de flujo no se puede predecir con precisión en un instante dado de tiempo en este tipo de Flujo. La formación de remolinos tiene lugar, lo que conduce a una gran cantidad de pérdida de energía.

El número de Reynolds se utiliza para predecir el Flujo, es decir, si es turbulento y laminar. La fórmula está dada por:

Re= V*L/µ

Donde,

• Re = número de Reynolds
• V= Velocidad del fluido
• > L= eslora del Objeto donde el flujo está teniendo lugar
• µ= Coeficiente de Viscosidad

Para Flujo Interno,

0<=Re<=2000	Flujo Laminar
2000<Re<=4000	la Transición de flujo Laminar a turbulento
4000<Re	Flujo Turbulento

Para Flujo Externo,

0<=Re<=100000	Flujo Laminar
100000<Re<=500000	la Transición de flujo Laminar a turbulento
500000<Re	Flujo Turbulento

8. Flujo de fluido 1-D, 2-D y 3-D:

En el tipo de flujo de fluido 1-D, los parámetros de fluido como la velocidad son la función del tiempo y Una sola coordenada espacial.

En los tipos de flujo de fluido 2D, los parámetros de fluido como la velocidad son la función del tiempo y dos coordenadas espaciales.

En el flujo de fluido 3D, los parámetros de fluido como la velocidad son la función del tiempo y las tres Coordenadas Espaciales.

1-D Flujo de fluido	u= f(x,t), v=0, y w=0
2-D Flujo de fluido	u= f(x,y,t), v=g(x,y,t), w=0
3-D Flujo de fluido	u= f(x,y,z,t), v=g(x,y,z,t), w=h(x,y,z,t)

preguntas frecuentes

P. 1. ¿Cuál es la diferencia entre Fluido Compresible y Flujo Compresible?

El Fluido compresible de respuesta habla sobre el Fluido y su variación de densidad, mientras que el flujo compresible solo habla sobre el Fluido en Movimiento y la variación de densidad del Fluido en Movimiento. El fluido puede tener una densidad constante durante condiciones estáticas y una densidad variable durante condiciones dinámicas. El número Mach determina si el flujo es compresible o no. No decide las características del líquido.

Q. 2. ¿Qué tipo de flujo de fluido se considera en el régimen de transición?

Respuesta: Depende de la Situación y del Estado de su computadora. Si tiene un valor cercano a turbulento en régimen de transición y tiene una computadora excelente para la Simulación, opte por turbulent. Si no, opta por Laminar.

Q. 3. Es el Flujo de aire que pasa a través del automóvil es el Flujo Externo e Interno

Respuesta: Si analizamos la resistencia aerodinámica de un automóvil, es el Flujo externo. Hay una cierta cantidad de aire que entra en el coche. Dado que está limitado por Sólidos, por lo tanto, se puede considerar como Flujo Interno.

Q. 4. ¿Cuál es el nombre de la Ley que se aplica en la Aplicación de líquido de frenos?

Respuesta-El nombre de la ley es ley Pascal. Afirma que para un fluido incompresible, la presión se transfiere por igual en toda la dirección.

Q. 5. ¿Por qué no se menciona la línea de tiempo en un flujo constante e inestable?

Respuesta: No hay un concepto de línea de tiempo para el flujo constante, ya que los parámetros del fluido no dependen del tiempo.

Q. 6. ¿Qué es la bomba?

La bomba de respuesta es un agente externo que se utiliza en el movimiento del fluido, en contra de su dirección natural de flujo. Por ejemplo, la bomba se utiliza en la planta de energía de vapor para llevar el agua del Condensador a la Caldera a una altura.

Q. 7. ¿Qué es el esfuerzo cortante?

El esfuerzo cortante de respuesta es el esfuerzo desarrollado por la fuerza aplicada tangencialmente al Objeto, sobre el que se aplica la fuerza.