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Mecânica dos Fluidos
Escoamentos
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O que é escoamento?
Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial;
Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos;
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Escoamento
Definição:
Processo de movimentação das moléculas de um fluido, umas em relação às outras e aos limites impostos
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Escoamentos
Os escoamentos são descritos por:
Parâmetros físicos
Pelo comportamento destes parâmetros ao longo do espaço e do tempo;
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Definições Importantes
TrajetóriaLinha de CorrenteTubo de correnteLinha de emissão
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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
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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
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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
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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
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Classificação Geométrica;
Classificação quanto à variação no tempo
Classificação quanto ao movimento de rotação
Classificação quanto à trajetória (direção e
variação)
Classificação dos Escoamentos
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Experimento de Reynolds
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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;
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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;
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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;
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Experimento de Reynolds
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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
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Experimento de Reynolds
Número de Reynolds (Re)
Re < 2000 - Laminar
2000 < Re < 2300 - de Transição
Re > 2300 - Turbulento