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Diagrama de una porción de fluido
Diagrama de una porción de fluido

En dinámica de fluidos , una porción de fluido , también conocida como elemento de fluido o elemento material , es un volumen infinitesimal de fluido, identificable a lo largo de su historia dinámica mientras se mueve con el flujo del fluido. [ 1 ] A medida que se mueve, la masa de una porción de fluido permanece constante, mientras que —en un flujo compresible— su volumen puede cambiar, [ 2 ] [ 3 ] y su forma cambia debido a la distorsión causada por el flujo. [ 1 ] En un flujo incompresible , el volumen de la porción de fluido también es constante ( flujo isocórico ).

Las superficies materiales y las líneas materiales son las nociones correspondientes para superficies y líneas , respectivamente. [ 1 ] [ 4 ]

El concepto matemático de parcela de fluido está estrechamente relacionado con la descripción del movimiento de fluidos —su cinemática y dinámica— en un marco de referencia lagrangiano . En este marco de referencia, las parcelas de fluido se etiquetan y se siguen a través del espacio y el tiempo. Pero también en el marco de referencia euleriano la noción de parcelas de fluido puede ser ventajosa, por ejemplo, para definir la derivada material , las líneas de corriente, las líneas de estela y las trayectorias ; o para determinar la deriva de Stokes . [ 1 ]

Las parcelas de fluido, tal como se utilizan en la mecánica de medios continuos , deben distinguirse de las partículas microscópicas (moléculas y átomos) en física . Las parcelas de fluido describen la velocidad promedio y otras propiedades de las partículas de fluido, promediadas sobre una escala de longitud que es grande en comparación con el camino libre medio , pero pequeña en comparación con las escalas de longitud típicas del flujo específico en consideración. Esto requiere que el número de Knudsen sea pequeño, lo cual también es un requisito previo para que la hipótesis del continuo sea válida. [ 2 ] [ 4 ] [ 5 ] Además, cabe señalar que, a diferencia del concepto matemático de una parcela de fluido que puede identificarse de forma única —así como distinguirse exclusivamente de sus parcelas vecinas directas—, en un fluido real dicha parcela no siempre estaría compuesta por las mismas partículas. La difusión molecular hará evolucionar lentamente las propiedades de la parcela. [ 2 ] [ 4 ]

Referencias

  1. 1 2 3 4 Batchelor (1973) , págs. 71–72 
  2. 1 2 3 Gill (1982) , págs. 63–64 
  3. ↑ Bennett (2006) , págs. 25 
  4. 1 2 3 Thompson (2006) , págs. 1–2 
  5. ↑ Batchelor (1973) , págs. 4–6 

Bibliografía

  • Batchelor, George K. (1973). Introducción a la dinámica de fluidos . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-09817-5.
  • Gill, Adrian E. (1982). Dinámica atmósfera-océano . Nueva York: Academic Press. ISBN 978-0-12-283522-3.
  • Thompson, Michael (2006). Introducción a la dinámica de fluidos astrofísicos . Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-615-8.
  • Bennett, Andrew (2006). Dinámica de fluidos lagrangiana . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85310-1.
  • Badin, G.; Crisciani, F. (2018). Variational Formulation of Fluid and Geophysical Fluid Dynamics - Mechanics, Symmetries and Conservation Laws . Springer. p.  218. Bibcode : 2018vffg.book.....B . doi : 10.1007/978-3-319-59695-2 . ISBN 978-3-319-59694-5. S2CID 125902566 .