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Mecânica dos Fluidos Escoamentos
Escoamento •Definição: Processo de movimentação das moléculas de um fluido, umas em relação às outras e aos limites impostos.
O que é escoamento? • Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial. • Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos.
Escoamentos • Os escoamentos são descritos por: – Parâmetros físicos. – Pelo comportamento destes parâmetros ao longo do espaço e do tempo.
Definições Importantes • • • •
Trajetória Linha de Corrente Tubo de corrente Linha de emissão
Trajetória • Linha traçada por uma dada partícula ao longo de seu escoamento z Partícula no instante t3 Partícula no instante t2
Partícula no instante t1
X
y
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 z velocidades). Partícula 2 no instante t v2 Partícula 1 no instante t v1
X
Partícula 3 no instante t v3
y
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
Ponto de Referência
• 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.
Classificação dos Escoamentos • Classificação Geométrica. • Classificação quanto à variação no tempo. • Classificação quanto ao movimento de rotação. • Classificação quanto à trajetória (direção e variação).
Classificação Geométrica do Escoamento • Escoamento Tridimensional: Tridimensional As grandezas que regem o escoamento variam nas três dimensões. •Escoamento Bidimensional: Bidimensional As grandezas do escoamento variam em duas dimensões ou são tridimensionais com alguma simetria. •Escoamento Unidimensional: Unidimensional São aqueles que se verificam em função das linhas de corrente (uma dimensão).
Classificação do Escoamento quanto à variação no tempo • 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 ao movimento de rotação – Rotacional Rotacional: A maioria das partículas deslocam-se animada de velocidade angular em torno de seu centro de massa. – Irrotacional Irrotacional: 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 trajetória – Uniforme: Todos os pontos de uma mesma trajetória possuem a mesma velocidade. – Variado Variado: Os pontos de uma mesma trajetória não possuem a mesma velocidade.
Classificação do Escoamento quanto à direção da trajetória • Escoamento Laminar: Laminar As partículas descrevem trajetórias paralelas.
•Escoamento Turbulento: As trajetórias são errantes e cuja previsão é impossível.
•Escoamento de de Transição Transição: Representa a passagem do escoamento laminar para o turbulento ou vice-versa.
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 < 2100 - Laminar – 2100 < Re < 2500 - de Transição – Re > 2500 - Turbulento
Experimento de Reynolds • Ler texto e resolver exercícios.
