Mec¢nica dos Fluidos II

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  • 7/14/2019 Mecnica dos Fluidos II

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    Prof. Leandro Gonalves Dias

    Depto. Cincias Trmicas e dos Fluidos DCTEF

    Mecnica dos Fluidos II

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    Programa1 Semelhana, anlise dimensional e modelos fsicos

    2 Escoamento sem atrito, perdas de carga, medidores,transio e turbulncia

    3 Redes de tubulaes

    4 Escoamentos externos

    5 Escoamentos compressveis

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    EmentaSemelhana, anlise dimensional e modelos fsicos

    Equao de Bernoulli

    Medidas de presso e vazo

    Clculo de perdas de carga

    Anlise de redes de tubulaes

    3

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    EmentaArrasto e sustentao em corpos imersos

    Transio e turbulncia

    Introduo ao escoamento compressvel

    Experimentos e demonstraes em laboratrio

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    Objetivo

    1 GeraisAprofundar os conhecimentos adquiridos peloestudante na unidade curricular Mecnica dos

    Fluidos I, com vistas aplicao em processosindustriais.

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    Objetivo2 Especficos

    Conhecer e saber aplicar as ferramentas da anlisedimensionalUtilizar a eq. de Bernoulli para clculos emescoamentos sem atrito

    Calcular perdas de carga em sistemas simples detubulaesCalcular arrasto e sustentao em escoamentosexternosConhecer e saber calcular os principais parmetros

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    AvaliaoListas de exerccios para as provas

    Sero aplicados 3 verificaes

    Verificao substitutiva (matria toda)

    Controle de freqncia

    Lista de exerccio + verificaes

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    BibliografiaWhite, F. M., Mecnica dos Fluidos, McGraw Hill, 4

    edio, 2002, 570 pp., ISBN: 858680424X.Fox, R.W.e McDonald, A.T., Introduo Mecnica dosFluidos, LTC, 6 ed., 504 pp.

    PotterM. C. e WiggertD.C., Mecnica dos Fluidos, Ed.Thomson, So Paulo, Trad. 3 ed. original, 2004, 688 pp.

    B. R. Munson, D. F. Young, T. H. Okiishi, Fundamentos daMecnica dos Fluidos, Edgard Blucher, 4 ed., 2004, 584 pp.8

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    Reviso

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    Fluido tende a escoar

    Slido deformar ou dobra

    Um fluido uma substncia que se deformacontinuamente sob a aplicao de uma tensode cisalhamento (tangencial).

    Fases lquidas e gasosa (ou de vapor)

    Analisar qualquer sistema no qual um fluido omeio operante.

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    A Mecnica dos Fluidos o ramo da mecnicaque estuda o comportamento fsico dos fluidose suas propriedades, ou seja, a cincia queestuda foras e movimento em fluidos.

    Objetivo:

    V (x,y,z,t)F (x,y,z,t)

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    Mecnica dos Fluidos: Conhecimento

    Estudos de modelos e projetos de todos os tipos:

    1 - Aerodinmica (edifcios, arranha-cus,estdios,

    chamins e shoppings);

    2 Bombas, sopradores;

    3Sistema de aquecimento e ventilao deresidncias e edifcios comerciais

    4 - Gerao de energia eltrica

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    Mecnica dos Fluidos: Conhecimento

    Estudos de modelos e projetos de todos os tipos:

    5 Redes de tubulaes6 Fundio

    7 - Cincias atmosfricas e ocenicas

    8 - Mquinas trmicas e hidrulicas

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    Mecnica dos Fluidos

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    Mecnica dos Fluidos: Conhecimento

    Estudos de modelos e projetos de todos os tipos:

    9 - Aquecimento e refrigerao

    10 - Indstria do petrleo

    11 Lubrificao

    12 Instrumentao

    13 - Bio-MFL

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    Equaes bsicas:

    1. Conservao da massa.

    2. Segunda lei do movimento de Newton.

    3. Princpio da quantidade de movimento angular.

    4. Primeira lei da termodinmica.

    5. Segunda lei da termodinmica.

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    Mtodo de Anlise:1. Definir o sistema que voc est analisandoa) Sistema ou volume de controle

    Sistema Aberto ou fechado (quantidade de massa )

    Obter expresses matemtica para cada uma dasleis

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    Sistema Aberto ou fechado (quantidade demassa )

    Aberto existem trocas, quer de energia (calor),

    quer de matria com a vizinhana (fluxo de massa).Fechado um sistema encerrado por umafronteira que permite trocas de energia , mas no dematria , entre o sistema e sua vizinhana (massafixa)

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    Fluido como Contnuo: a gua e o ar

    Meio contnuo (no podemos estar seguros danatureza molecular dos fluido, a menos que tenhaequipamento especializado para identific-las)A estrutura molecular tal que a massa no estdistribuda de forma contnua no espao, mas estconcentrada em molculas (regies relativamentegrande).Contnuo as propriedades variam muito pouco deponto a ponto (base da mecnica dos fludosclssica)

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    Fluido como Contnuo: a gua e o ar

    Hiptese do contnuo, cada propriedade do fluido considerada como tendo um valor definido em cada

    ponto no espao.Massa especfica (), temperatura e velocidade, soconsideradas funes contnuas da posio e do

    tempo.Determinar a massa especfica no ponto C, cujascoordenadas so x0, y0 e z0

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    Campo de velocidade (descrio):

    Velocidade no ponto C

    V (x,y,z,t)

    Pode ser escrito na forma escalar (funo de x,y, z

    e t).

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    Foras e Tenses:

    Foras de corpo: agem sobre a totalidade do

    meio, sem necessidade de contato

    Foras de superfcie : agem sobre a superfciedo meio, devido ao contato deste com outro

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    Uma fora qualquer pode ser dividida em seuscomponentes normal e tangencial .

    Define-se:

    (tenso de cisalhamento)

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    Campos

    Campo uma distribuio contnua no espao-tempode uma determinada propriedade

    Campos escalares: temperatura, presso, massaespecfica (e derivados), concentrao, etc.

    Campos vetoriais: velocidade, acelerao, fora,quantidade de movimento (linear e angular), etc.

    Campos tensoriais: tenso, deformao, etc.

    Perfis so fatias 1D dos campos

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    Viscosidade

    a propriedade dos fluidos correspondente aotransporte microscpico de quantidade de

    movimento por difuso molecular . Ou seja,quanto maior a viscosidade, menor ser avelocidade em que o fluido se movimenta.

    a propriedade fsica que caracteriza aresistncia de um fluido ao escoamento, a umadada temperatura.

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    Viscosidade

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    Viscosidade

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    Viscosidade

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    Fluidos Newtonianos Fluidos No NewtonianosTenso Superficial

    Interface a regio que separa dois lquidosimiscveis ou um lquido de um gs;

    CapilaridadeVaporizao e EvaporaoEscoamento externo e internoEscoamento Permanente e Transiente

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    Camada Limite Dinmica e Trmica- Sendo a primeira a regio do escoamento em que osefeitos do atrito (ou viscosos) no podem serdesprezados

    Regime Turbulento e Laminar

    -No regime laminar, a estrutura do escoamento caracterizada pelo suave movimento do fluido

    -No regime turbulento, caracteriza-se pelo escoamentono qual os fluidos em movimentos caticos superpem-se ao movimento mdio

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    Compressibilidade e IncompressibilidadeAtmosfera PadroCone de Mach

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    Centride de rea

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    Momento de Inrcia

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    Es