Mecnica dos Fluidos Escoamentos O que escoamento l

Mecânica dos Fluidos Escoamentos

O que é escoamento? l l Mudança de forma do fluido sob a ação de um esforço tangencial; Fluidez: capacidade de escoar, característica dos fluidos;

Escoamento l. Definição: Processo de movimentação das moléculas de um fluido, umas em relação às outras e aos limites impostos

Escoamentos l Os escoamentos são descritos por: l l Parâmetros físicos Pelo comportamento destes parâmetros ao longo do espaço e do tempo;

Definições Importantes Trajetória l Linha de Corrente l Tubo de corrente l Linha de emissão l

Trajetória l Linha traçada por uma dada partícula ao longo de seu escoamento z Partícula no instante t 3 Partícula no instante t 2 Partícula no instante t 1 X y

Linha de Corrente l l 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 v 2 Partícula 1 no instante t v 1 X Partícula 3 no instante t v 3 y

Tubo de Corrente l l 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 l Linha definida pela sucessão de partículas que tenham passado pelo mesmo ponto; l A pluma que se desprende de uma chaminé permite visualizar de forma grosseira uma linha de emissão; Ponto de Referência

Classificação dos Escoamentos l Classificação Geométrica; l Classificação quanto à variação no tempo l Classificação quanto ao movimento de rotação l Classificação quanto à trajetória (direção e variação)

Classificação Geométrica do Escoamento Tridimensional: Tridimensional As grandezas que regem o escoamento variam nas três dimensões. l. Escoamento Bidimensional: Bidimensional As grandezas do escoamento variam em duas dimensões ou são tridimensionais com alguma simetria. l. Escoamento Unidimensional: Unidimensional São aqueles que se verificam em função das linhas de corrente (uma dimensão). l

Classificação do Escoamento quanto à variação no tempo l Permanente: Todas as propriedades e grandezas características do escoamento são constantes no tempo; l Não Permanente: Quando ao menos uma grandeza ou propriedade do fluido muda no decorrer do escoamento;

Classificação do Escoamento quanto ao movimento de rotação l l Rotacional: Rotacional A maioria das partículas desloca-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 l l 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 l Escoamento Laminar: Laminar As partículas descrevem trajetórias paralelas. l. Escoamento Turbulento: As trajetórias são errantes e cuja previsão é impossível; l. Escoamento de Transição: Transição Representa a passagem do escoamento laminar para o turbulento ou vice-versa.

Experimento de Reynolds l Consiste na injeção de um corante líquido na posição central de um escoamento de água interno a um tubo circular de vidro transparente l 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: l l l 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: l O filete apresenta alguma mistura com o fluido, deixando de ser retilíneo sofrendo ondulações; l Essa situação ocorre para uma pequena gama de velocidades e liga o regime laminar a outra forma mais caótica de escoamento; l Foi considerado um estágio intermediário entre o regime laminar e o turbulento;

Experimento de Reynolds 3. Regime turbulento: l O filete apresenta uma mistura transversal intensa, com dissipação rápida; l São perceptíveis movimentos aleatórios no interior da massa fluida que provocam o deslocamento de moléculas entre as diferentes camadas do fluido (perceptíveis macroscopicamente); l Há mistura intensa e movimentação desordenada;

Experimento de Reynolds

Experimento de Reynolds l Número de Reynolds (Re) l 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) l O parâmetro estabelecido pela relação entre estas três grandezas é o NÚMERO DE REYNOLDS (Re): Re = VD v

Experimento de Reynolds l Número de Reynolds (Re) l Re < 2000 - Laminar l 2000 < Re < 2300 - de Transição l Re > 2300 - Turbulento

Experimento de Reynolds l Ler o texto indicado antes da aula de laboratório