introdução de mecânica dos fluidos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe introdução de mecânica dos fluidos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. Detalhes para Contato Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D. Sc. (Dinâmica dos Fluidos e Máquinas de Fluxo) Simulação Numérica de Escoamentos Sala B.32.16 (IEM) Horário de Atendimento: Preferencialmente às 3as Feiras das 15h:30min às 18h:30min e-mail: luizantp@unifei.edu.br Telefone: (35) 3629 1214 03/mar/2009 1 UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. http://www.iem.efei.br/professores/luizantonio EME502 – MECÂNICA DOS FLUIDOS I Aulas Teóricas – 1º Semestre: 02 Aulas às Terças – Feiras (10h:10min – 12h00mim) 1º Semestre: 02 Aulas às Sextas – Feiras (10h:10min – 12h00mim) Aulas Práticas – De Acordo com o Programa Geral Divulgado na www ... Regras Gerais da Teoria e do Laboratório – Estão Divulgadas na www ... TEORIA: TURMA ÍMPAR SALA B.41.05 2 EME19 – MECÂNICA DOS FLUIDOS PRP – MAT002 UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. ALGUNS LIVROS INDICADOS PARA LEITURA COMPLEMENTAR 5 UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. LIVRO CLÁSSICO INDICADO PARA UMA LEITURA MAIS AVANÇADA 6 UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 7 Serão propostas semanalmente listas de exercícios. Você deve resolver os problemas propostos individualmente ou em grupo dentro do prazo estipulado. Haverá um horário semanal disponível para tirar dúvidas na sala do Prof. Luiz Antonio. Conhecendo a solução das listas de exercícios você irá melhorar o seu desempenho nas provas. As listas fazem parte da avaliação do curso; os conceitos necessários para a solução dos problemas propostos serão cobrados nas avaliações. UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 10 Comentários preliminares « A DISCIPLINA DE MECÂNICA DOS FLUIDOS É MUITO AMPLA E ESTÁ ENTRE AS PRIMEIRAS DISCIPLINAS ESTUDADAS PELA HUMANIDADE. CONSIDERANDO O FATO DE SE UTILIZAR UM ENFOQUE CIENTÍFICO NA ANÁLISE DE SEUS PROBLEMAS ELA PODE SER CONSIDERADA COMO UMA DISCIPLINA PIONEIRA; É MUITO PROVÁVEL QUE GRANDE PARTE DA MOTIVAÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DO RAMO DA MATEMÁTICA CONHECIDO COMO MATEMÁTICA APLICADA TENHA SIDO A PROCURA DE SOLUÇÕES DAS EQUAÇÕES DA MECÂNICA DOS FLUIDOS » UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 11 Faces da Mecânica dos Fluidos Archimedes (C. 287-212 BC) Newton (1642-1727) Leibniz (1646-1716) Euler (1707-1783) Navier (1785-1836) Stokes (1819-1903) Reynolds (1842-1912) Prandtl (1875-1953) Bernoulli (1667-1748) Taylor (1886-1975) Comentários preliminares UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 12 Comentários preliminares « A MECÂNICA DOS FLUIDOS É O ESTUDO DOS FLUIDOS EM MOVIMENTO (DINÂMICA DOS FLUIDOS) OU EM REPOUSO (ESTÁTICA DOS FLUIDOS) E DOS EFEITOS SUBSEQÜÊNTES DO FLUIDO SOBRE OS CONTORNOS, QUE PODEM SER SUPERFÍCIES SÓLIDAS OU INTERFACES COM OUTROS COM OUTROS FLUIDOS » Dois recipientes de mesma seção estão abertos e se comunicam através de um tubo de volume desprezível provido de uma torneira T, como mostra a figura acima. Inicialmente o recipiente A contém água e o recipiente B contém óleo de densidade d=0,8, até uma mesma altura de 1,0 m, e a torneira T está fechada. Quando a torneira T for aberta e se estabeler o equilíbrio hidrostático, qual a nova altura de água no recipiente A? Ao se analisar o escoamento real ao redor de um automóvel foram feitas as seguintes hipóteses simplificadoras: (a) Hipóteses Relativas à GEOMETRIA (Caráter Topológico) H1: Modelo Externo (ou Escoamento Externo); H2: Região Fluida Tridimensional; (b) Hipóteses Relativas às PROPRIEDADES DO FLUIDO (Caráter Dinâmico) H3: Propriedades Constantes; H4: Fluido Newtoniano; (c) Hipóteses Relativas às PROPRIEDADES DO ESCOAMENTO (Caráter Cinemático) H5: Escoamento em Regime Permanente; H6: Escoamento Incompressível; H7: Escoamento Rotacional; H8: Escoamento Turbulento. Qual é a força de arrasto experimentada pelo veículo? É UM PROBLEMA DE ESTÁTICA DOS FLUIDOS EXISTE SOLUÇÃO ANALÍTICA! É UM PROBLEMA DE DINÂMICA DOS FLUIDOS NÃO EXISTE SOLUÇÃO ANALÍTICA! h=? UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 15 Comentários preliminares Veículos esportivos Caminhões Veículos automotivos Ônibus UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 16 Comentários preliminares Cabos de torre de transmissão Florestas Plataformas de petróleo Edifícios UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 17 Comentários preliminares Aeronaves II Helicópteros Aeronaves I Hidroaviões UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 20 Comentários preliminares Turbinas hidráulicas Bombas axiais Turbinas eólicas Bombas radiais UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 21 Comentários preliminares Vôo dos pássaros I Asas formadas por várias superfícies Asas com bordo de ataque composto Asas com “flap” Asas com “winglet” UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 22 Comentários preliminares PeixesVôo dos pássaros II UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 25 Comentários preliminares Bomba de sangue Dispositivo de auxílio ventricular UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 26 QUE FENÔMENO É ESTE? Comentários preliminares UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. 27 O fluido é um estado não sólido da matéria, onde átomos ou moléculas estão livres para se moverem entre si, como em um gás ou em um líquido. Os líquidos e os gases são considerados fluidos, porque ambos podem escoar e mudar de forma. Os líquidos têm um volume definido, os gases não. A conceitução de um fluido UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. • O conceito de um fluido como um meio continuo substitui as interações moleculares por forças equivalentes. ρa = Σf = fgrav + fpress + fvisc = ρg −∇p + μ∇²VBALANÇO DE FORÇAS: · · · EME603 Forças de Superfície: fo rç a no rm al fo rç a ta ng en ci al 30 Força de Campo: fo rç a gr av ita ci on al O fluido como um meio continuo UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. Volume Sensitivo: O conceito de partícula de fluido está associado a uma vizinhança de um ponto da região fluida e, assim, as propriedades do fluido nesta vizinhança podem ser consideradas como pontuais. Imagine, por exemplo, a medida da temperatura num ponto. O volume ocupado pelo sensor que mede a temperatura, por exemplo, dificilmente pode ser considerado como um ponto, por menor que ele seja. O termômetro mede a temperatura média numa vizinhança que o envolve e que possui um volume igual a várias vezes o seu volume. O volume desta vizinhança é denominado de volume sensitivo e a temperatura medida é considerada pontual. 31 • O conceito de uma partícula de fluido está associado a uma vizinhança de um ponto da região … O fluido como um meio continuo UNIFEI/IEM: EME502 – Mecânica dos Fluidos I (Capítulo 1 – Introdução à Mecânica dos Fluidos) Prof. Luiz Antonio Alcântara Pereira, D.Sc. Observações: • A teoria molecular deve ser utilizada para calcular as propriedades dos fluidos (por exemplo, a viscosidade) quando forem associadas com o movimento molecular. 32 • A Hipótese do Contínuo não é sempre satisfeita. Quando se analisa, p. ex., o movimento dos gases rarefeitos, o caminho livre médio percorrido por uma molécula λ, não é pequeno ao ser comparado com o comprimento característico L de um corpo no escoamento. A reentrada das espaçonaves na atmosfera da Terra é uma situação típica. O fluido como um meio continuo • Para você pesquisar: Qual é o significado do número de Knudsen?