La Mecánica de Fluidos es ciertamente una de las ramas más bellas y aún no cerradas de la Física clásica. El objetivo fundamental de esta asignatura es presentar los fundamentos básicos con los cuales estudiar los flujos compresibles. La asignatura propone el estudio de los flujos de materia en condiciones en donde la “compresibilidad” juega un rol importante. Por lo tanto la asignatura ofrece un nuevo panorama de la Mecánica de Fluidos, no cubierto, en general, en los cursos de grado previos al máster.

La frontera que permite separar los flujos en compresibles e incompresibles es muy sutil, y para situarnos en contexto debemos tener en consideración no solo la velocidad de la masa fluida y compararla con la velocidad del sonido correspondiente, sino que también importarán las escalas temporales en las que los cambios del flujo ocurren para poder compararlas con los tiempos característicos de las ondas sonoras que son quienes en última instancia propagan la información de dichos cambios.

El estudio de la asignatura hará uso de las herramientas analíticas propias de la Mecánica de Fluidos y permitirá a su vez desarrollar la intuición física en situaciones “poco intuitivas” como ser aquellos contextos en los que la velocidad del fluido es comparable a la velocidad con la cual se propaga la información de un punto a otro.

La asignatura complementa la formación en Mecánica de Fluidos de los estudiantes de Ciencias e Ingeniería al presentar de manera algo más extensa y desarrollada conceptos que son importantes para estudiar la dinámica de masas fluidas que pueden variar su volumen específico. Se arranca con las ecuaciones de conservación (masa, momento lineal y energía) y se construye una primera intuición de los fenómenos compresibles mediante el estudio de las ondas acústicas lineales, que representan perturbaciones de pequeña magnitud en las propiedades termodinámicas. A partir de ahí, el camino está preparado para estudiar perturbaciones de amplitud finita en una dimensión mediante la deducción de los invariantes de Riemann y el obligado estudio de las curvas características para las ecuaciones de Euler. Este estudio puede ser complementado con el correspondiente estudio matemático de la teoría de curvas características que se hace en otra materia del máster (Métodos numéricos avanzados). Se presenta luego la expansión autosimilar como paradigma de las ondas simples y queda preparado el terreno para exponer la imposibilidad de ondas de compresión centradas y la necesidad ineludible de aceptar soluciones “discontinuas” para un sistema de ecuaciones en derivadas parciales “continuas” cuando lidiamos con flujos compresivos fuertes. Aparece así la onda de choque como una necesidad física para poder satisfacer las condiciones de contorno entre dos zonas adyacentes de una masa fluida en movimiento de compresión. Se ejemplificará con los distintos escenarios en donde las ondas de rarefacción centrada y las ondas de choque compresivas juegan un rol importante.

Otro fenómeno común donde la compresibilidad del medio tiene un rol fundamental es la detonación. En concreto, la detonación en un medio gaseoso y reactivo, donde una onda supersónica, similar a la onda de choque pero exotérmica, viaja aumentando la presión y temperatura del gas de forma brusca. En este contexto se presenta la caracterización de las detonaciones, así como la evolución de sus propiedades internas.