Mecânica dos Fluidos Escoamentos. O que é escoamento? Mudança de forma do fluido sob a ação de...

Mecânica dos Fluidos

Escoamentos

O que é escoamento?

Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial;

Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos;

Escoamento

Definição:

Processo de movimentação das moléculas de um fluido, umas em relação às outras e aos limites impostos

Escoamentos

Os escoamentos são descritos por:

Parâmetros físicos

Pelo comportamento destes parâmetros ao longo do espaço e do tempo;

Definições Importantes

TrajetóriaLinha de CorrenteTubo de correnteLinha de emissão

Trajetória

Linha traçada por uma dada partícula ao longo de seu escoamento

X y

z

Partícula no instante t1

Partícula no instante t2

Partícula no instante t3

Linha de Corrente

Linha que tangencia os vetores velocidade de diversas partículas, umas após as outras

Duas linhas de corrente não podem se interceptar (o ponto teria duas velocidades)

X y

z

Partícula 1no instante t

Partícula 2no instante t

Partícula 3no instante t

v1

v2

v3

Tubo de Corrente

No interior de um fluido em escoamento existem infinitas linhas de corrente definidas por suas partículas fluidas

A superfície constituída pelas linhas de corrente formada no interior do fluido é denominada de tubo de corrente ou veia líquida

Linha de Emissão

Linha definida pela sucessão de partículas que tenham passado pelo mesmo ponto;

A pluma que se desprende de uma chaminé permite visualizar de forma grosseira uma linha de emissão;

Ponto dePonto deReferênciaReferência

Classificação Geométrica;

Classificação quanto à variação no tempo

Classificação quanto ao movimento de rotação

Classificação quanto à trajetória (direção e

variação)

Classificação dos Escoamentos

Escoamento TridimensionalEscoamento Tridimensional:

As grandezas que regem o escoamento variam nas três dimensões.Escoamento BidimensionalEscoamento Bidimensional:

As grandezas do escoamento variam em duas dimensões ou são tridimensionais com alguma simetria.Escoamento UnidimensionalEscoamento Unidimensional:

São aqueles que se verificam em função das linhas de corrente (uma dimensão).

Classificação Geométrica do Escoamento

Permanente:Todas as propriedades e grandezas

características do escoamento são constantes no tempo;

Não Permanente:Quando ao menos uma grandeza ou

propriedade do fluido muda no decorrer do escoamento;

Classificação do Escoamento quanto à variação no tempo

RotacionalRotacional: A maioria das partículas desloca-se animada de velocidade angular em torno de seu centro de massa;

IrrotacionalIrrotacional: As partículas se movimentam sem exibir movimento de rotação (na maioria das aplicações em engenharia despreza-se a característica rotacional dos escoamentos)

Classificação do Escoamento quanto ao movimento de

rotação

Uniforme:Uniforme: Todos os pontos de uma mesma trajetória

possuem a mesma velocidade.

VariadoVariado: Os pontos de uma mesma trajetória não

possuem a mesma velocidade.

Classificação do Escoamento quanto à variação da

trajetória

Escoamento LaminarEscoamento Laminar: As partículas descrevem trajetórias

paralelas.Escoamento Turbulento:Escoamento Turbulento:

As trajetórias são errantes e cuja previsão é impossível;

Escoamento dEscoamento de Transiçãoe Transição: Representa a passagem do escoamento

laminar para o turbulento ou vice-versa.

Classificação do Escoamento quanto à direção da

trajetória

Experimento de Reynolds

Consiste na injeção de um corante líquido na posição central de um escoamento de água interno a um tubo circular de vidro transparente

O comportamento do filete do corante ao longo do escoamento no tubo define três características distintas

Experimento de Reynolds

Experimento de Reynolds

1. Regime Laminar: O corante não se mistura com o fluido,

permanecendo na forma de um filete no centro do tubo;

O escoamento processa-se sem provocar mistura transversal entre escoamento e o filete, observável de forma macroscópica;

Como “não há mistura”, o escoamento aparenta ocorrer como se lâminas de fluido deslizassem umas sobre as outras;

Experimento de Reynolds

2. Regime de transição: O filete apresenta alguma mistura com o fluido,

deixando de ser retilíneo sofrendo ondulações;

Essa situação ocorre para uma pequena gama de velocidades e liga o regime laminar a outra forma mais caótica de escoamento;

Foi considerado um estágio intermediário entre o regime laminar e o turbulento;

Experimento de Reynolds

3. Regime turbulento: O filete apresenta uma mistura transversal

intensa, com dissipação rápida;

São perceptíveis movimentos aleatórios no interior da massa fluida que provocam o deslocamento de moléculas entre as diferentes camadas do fluido (perceptíveis macroscopicamente);

Há mistura intensa e movimentação desordenada;

Experimento de Reynolds

Experimento de Reynolds

Número de Reynolds (Re) Para escoamentos em dutos cilíndricos

circulares, Reynolds determinou que há uma relação entre o diâmetro (D), a velocidade média (V) e a viscosidade cinemática (v)

O parâmetro estabelecido pela relação entre estas três grandezas é o NÚMERO DE REYNOLDS (Re):

Re = VD v

Experimento de Reynolds

Número de Reynolds (Re)

Re < 2000 - Laminar

2000 < Re < 2300 - de Transição

Re > 2300 - Turbulento