Mecânica dos Fluidos Escoamentos

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

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

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 y X

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) z Partícula 2 no instante t v2 Partícula 3 no instante t Partícula 1 no instante t v3 v1 y X

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 de Referência

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: As grandezas que regem o escoamento variam nas três dimensões. Escoamento Bidimensional: As grandezas do escoamento variam em duas dimensões ou são tridimensionais com alguma simetria. Escoamento 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: A maioria das partículas desloca-se animada de velocidade angular em torno de seu centro de massa; 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: Os pontos de uma mesma trajetória não possuem a mesma velocidade.

Classificação do Escoamento quanto à direção da trajetória Escoamento Laminar: As partículas descrevem trajetórias paralelas. Escoamento Turbulento: As trajetórias são errantes e cuja previsão é impossível; Escoamento de 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 < 2000 - Laminar 2000 < Re < 2300 - de Transição Re > 2300 - Turbulento