Aula1- Fenômenos de transportes
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Introducão à Mecânica dos Fluidos
Métodos de Análise
• Sistema• (ou “Sistema Fechado”)
Volume de Controle (ou “Sistema Aberto”)
Fronteira do Sistema
Gás Cilindro
Pistão
Peso
Conjunto Pistão-Cilindro
Superfície de Controle
Volume de Controle
Escoamento através de uma junção de tubos
Definição de Fluido
Quando uma tensão de Cisalhamento é aplicada:
• Fluidos deformam continuamente• Sólidos deformam de forma limitada
Sólido Fluido
Comportamento de um sólido e um fluido sob a ação de uma tensão de cisalhamento
Fluido como Contínuo
Dimensões e Unidades
Sistemas de Dimensões• [M], [L], [t] e [T]• [F], [L], [t] e [T]• [F],[M], [L], [t] e [T]
Dimensões e Unidades
Sistemas de Unidades• MLtT– SI (kg, m, s, K)– No SI força é dimensão secundária• Da segunda lei de Newton
2/11 smkgN
amF
Prefixos no SI
Dimensões e Unidades
• FLtT– Gravitacional Britânico (lbf, ft, s, R)– Neste sistema, massa é dimensão secundária• Da segunda lei de Newton
ftslbfslug
aFm
2
11
Dimensões e Unidades
• FMLtT– Inglês Técnico (lbf, lbm, ft, s, R)
)/(2,32 2slbflbmftgFamg
gamF
c
c
c
A libra-força é a força que dá à massa de uma libra-massa uma aceleração igual 32,2 ft/s2
Exemplo
Uma equação importante na área de vibrações é:
Onde m é massa, x é comprimento e t é tempo. Quais seriam as unidades no SI para c, k e f(t)?
CLASSIFICAÇÃO DE ESCOAMENTOS DE FLUIDOS
Tipos de escoamento• Interno: quando o fluido escoa confinado por
superfícies sólidas
• Externo: fluido escoa sobre superfícies sólidas
Tipos de Escoamento
• Escoamento laminarFluido escoa em lâminas ou camadas (sem mistura macroscópica das camadas de fluido.
• Escoamento turbulentoCaracterizado pelo movimento caótico do fluido (com mistura macroscópica das camadas de fluido.
Regimes de Escoamento
• Permanente: Nenhuma propriedade do fluido muda com o tempo.
• Transiente: Propriedades mudam com o passar do tempo.
Escoamento Compressível versus Incompressível
• A densidade do fluido em qualquer ponto não muda.
• A densidade do fluido varia através do escoamento
Número de Mach
cVMa
V – Velocidade do fluidoc – Velocidade do som no fluido
Ma = 1: sônicoMa < 1: subsônicoMa > 1: supersônico
Densidade dos gases varia menos que 5% quando Ma < 0,3
Campo de Velocidade
Representação:
),,,( tzyxVV
Forma vetorial:
),,,(),,,(),,,(
ˆˆˆ
tzyxwwtzyxvvtzyxuu
kwjviuV
Campo de Velocidade
• Escoamento é uni, bi ou tridimensional dependendo do número de coordenadas espaciais necessárias para especificar o campo de velocidade e é permanente ou transiente se existe ou não dependência do campo com o tempo.
• V = V(x,y,z,t) Tridimensional e transiente• V = V(x,y) Bidimensional e permanente• V = V(x,t) Unidimensional e transiente• V = V(x) Unidimensional e permanente
Escoamento Unidimensional
Exemplo: perfil parabólico completamente desenvolvido em um tubo
2
1Rruu máx
Escoamento Bidimensional
Exemplo: Escoamento em um difusor plano
Velocidade varia em x e y
Escoamento Tridimensional
Velocidade varia com x, y e z