Mecânica dos Fluidos I
2014-2015
Programa detalhado:
Introdução
Conceito de Fluido. Hipótese de meio contínuo. Propriedades termodinâmicas dos
fluidos. Viscosidade. Forças que actuam no fluido. Forças mássicas e de superfície.
Campo de tensões e conceito de pressão. Equilíbrio mecânico num fluido. Equação
básica da estática dos fluidos. Aplicações.
Cinemática dos fluidos
Campo de velocidades. Descrição de Euler e de Lagrange. Linha de corrente,
trajectória e linha de emissão. Aceleração de uma partícula de fluido. O conceito de
derivada material.
Equações do movimento de um fluido
Equação de transporte de uma variável geral. Teorema de transporte de Reynolds.
Equações fundamentais de conservação de massa e quantidade de movimento: Forma
integral e diferencial. A expressão do tensor das tensões. Fluidos newtonianos. A
equação de Navier Stokes. Condições de fronteira. A equação da energia. Dissipação.
Equações para um fluido perfeito. Equação de Euler. Condições de fronteira. A
equação de Bernoulli. Aplicações da forma integral das equações de balanço de
massa, quantidade de movimento e energia.
Escoamento incompressível de um fluido viscoso.
Soluções analíticas das equações de Navier Stokes. Escoamento de Couette e de
Poiseuille. Exemplos.
Análise Dimensional e Semelhança
Adimensionalização das equações do movimento incompressível de um fluido.
Números de Reynolds e de Froude. Teorema dos pi. Números adimensionais.
Semelhança dinâmica e ensaios com modelos. Métodos de medição de pressão,
velocidade e caudal.
Escoamento incompressível de um fluido em tubos.
Regimes do escoamento. Regime laminar e turbulento. Equações do movimento.
Perda de carga em regime laminar e turbulento. Coeficiente de atrito. Diagrama de
Moody. Efeito da rugosidade. Distribuições de velocidade no escoamento em
condutas. Lei da parede. Perdas de carga em sistemas de condutas. Aplicações.
Escoamento unidimensional compressível.
O conceito de compressibilidade. Velocidade do som. Número de Mach. Equações do
escoamento compressível. Escoamento unidimensional isentrópico em condutas de
secção variável. Ondas de choque normais. Escoamento adiabático e isotérmico com
atrito em condutas de secção constante.