Mecânica dos Fluidos
Fundamentos da Cinemática dos Fluidos
O que é escoamento?
Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial;
Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos;
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
Métodos para o estudo da cinemática dos fluidos
Método de Lagrange
Método de Euler
Método de Lagrange
Descreve o movimento de cada partícula acompanhando-a em sua trajetória real;
Apresenta grande dificuldade nas aplicações práticas;
Para a engenharia normalmente não interessa o comportamento individual da partícula e sim o comportamento do conjunto de partículas no processo de escoamento.
Método de Euler
Consiste em adotar um intervalo de tempo, escolher uma seção ou volume de controle no espaço e considerar todas as partículas que passem por este local;
Método preferencial para estudar o movimento dos fluidos: praticidade.
Classificação Geométrica;
Classificação quanto à variação no tempo
Classificação quanto ao movimento de rotação
Classificação quanto à trajetória (direção e
variação)
Classificação do Escoamento
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
Quanto à variação no tempo: Permanente:
As propriedades médias estatísticas das partículas fluidas, contidas em um volume de controle permanecem constantes.
Não PermanenteQuando as propriedades do fluido mudam no decorrer do escoamento;
Classificação do Escoamento
Quanto ao movimento de rotação:
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 à Variação da da trajetória:
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 Direção da trajetória: Escoamento LaminarEscoamento Laminar: As partículas descrevem trajetórias paralelas.
Escoamento turbulentoEscoamento turbulento: As trajetórias são errantes e cuja previsão é
impossível;
De TransiçãoDe Transição: Representa a passagem do escoamento
laminar para o turbulento ou vice-versa.
Classificação do Escoamento
Vazão em VolumeVazão é a quantidade em volume de
fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.
Conceitos Básicos de Vazão
Vazão em MassaVazão em massa é a quantidade em massa
do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.
.
Conceitos Básicos de Vazão
Vazão em PesoVazão em peso é a quantidade de
peso do fluido que atravessa uma dada seção do escoamento por unidade de tempo.
.
Conceitos Básicos de Vazão
Condutos Forçados:São aqueles onde o fluido apresenta um
contato total com suas paredes internas. A figura mostra um dos exemplos mais comuns de conduto forçado, que é o de seção transversal circular.
Classificação básica dos condutos
Condutos Livres
São aqueles onde o fluido apresenta um contato apenas parcial com suas paredes internas. Neste tipo de conduto observa-se sempre uma superfície livre, onde o fluido está em contato com o ar atmosférico. Os condutos livres são geralmente denominados de canais, os quais podem ser abertos ou fechados.
Classificação básica dos condutos
Condutos Livres
Classificação básica dos condutos
Lei de Newton da viscosidade
Para que possamos entender o valor desta lei, partimos da observação de Newton na experiência das duas placas:
v v = constante
V=0
Princípio de aderência: experiência das duas placas
As partículas fluidas em contato com uma superfície sólida têm a velocidade da superfície que
encontram em contato.F
v v = constante
V=0
Segunda classificação dos fluidos
Fluidos newtonianos – são aqueles que obedecem a lei de Newton da viscosidade;
Fluidos não newtonianos – são aqueles que não obedecem a lei de Newton da viscosidade.
Observação: só estudaremos os fluidos newtonianos
Segunda classificação dos fluidos
τ
Um fluido ideal não temviscosidade: escoa sem queseja necessário submetê-loa uma tensão de cisalhamento
Experimento de Reynolds
Ler o texto indicado e descrever com suas palavras o experimento de Reynolds
Entender o Número de Reynolds