Nome da Atividade
MECÂNICA DOS FLUIDOS
CÓDIGO
11100197
Carga Horária
60 horas
Tipo de Atividade
DISCIPLINA
Periodicidade
Semestral
Modalidade
PRESENCIAL
Unidade responsável
CARGA HORÁRIA TEÓRICA
4
CARGA HORÁRIA OBRIGATÓRIA
4
CRÉDITOS
4
FREQUÊNCIA APROVAÇÃO
75%
Ementa
Propriedades de fluidos e sua classificação; cinemática de meios contínuos; abordagem Lagrangiana e Euleriana; campos vetoriais, deformações. Dinâmica de meios contínuos: equação de continuidade e equação de momento na forma integral e diferencial densidade; a lei de conservação de energia; sistemas fechados de equações: fluidos ideais – equações de Euler, fluidos ideais incompressíveis, processos barotrópicos fluidos com viscosidade de Newton - equações de Navier-Stokes. Fluxos potenciais e rotacionais. Análise dimensional e similaridade. Noções de fluxos laminares e turbulentos.
Objetivos
Objetivo Geral:
É pressuposto que aluno matriculado nessa disciplina tenha cursado cadeiras de cálculo diferencial e integral de funções de uma e várias variáveis, de álgebra linear, de equações diferenciais ordinárias, todas a nível de graduação.Conteúdo Programático
I. Equações fundamentais da mecânica dos fluidos
1. Introdução
2. Classificação das forças;
3. O fluido como um contínuo;
4. Campos de velocidade
4.1 Escoamentos 1D, 2D e 3D;
4.2 Linhas de tempo, trajetórias, linhas de emissão e linhas de corrente;
5. Noções de tensor cartesiano;
5.1 Campos de tensão;
5.2 Tensão superficial;
6. Teoria linear da viscosidade;
6.1 Fluidos newtonianos;
6.2 Fluidos não-newtonianos;
7. Descrição e classificação dos movimentos de fluidos;
7.1 Fluido viscoso e não-viscoso;
7.2 Escoamentos laminares e turbulentos;
7.3 Escoamentos compressíveis e incompressíveis;
7.4 Escoamentos externos e internos;
8. Teoria de camada limite
8.1 Conceito de camada limite;
8.2 Separação e formação de vórtices;
8.3 Influëncia de gradientes de pressão
II. Equações Básicas na forma integral para um volume de controle
1. Leis básicas para um sistema;
2. Relação entre as derivadas do sistema e a formulação para o volume de controle;
3. A equação da quantidade de movimento;
4. Leis da Termodinâmica
III. Propriedades gerais das equações de Navier-Stokes
1. Derivação do princípio de similaridade de Reynolds.
2. Fluxos viscosos como soluções das equações de Navier-Stokes;
3. Equações de balanço;
4. Parâmetros adimensionais e significados físicos
IV. Soluções exatas de Navier Stokes
1. Escoamentos laminares entre placas paralelas.
2. Escoamento Hagen-Poiseulli;
3. Gradientes de pressão;
4. Tensão de cisalhamento;
5. Escoamentos potenciais;
6. Equação da quantidade de movimento de von Kármann.
V. Noções de Transição à Turbulência e escoamento turbulento
1. Origem da Turbulência
2. Efeitos importantes
3. Equação de Orr-Sommerfeld;
4. Teorema de Lord Rayleigh;
5. Escoamentos em placas planas.
6. Comprimento de mistura de Prandtl;
7. Equações de continuidade para fluidos incompressíveis.
1. Introdução
2. Classificação das forças;
3. O fluido como um contínuo;
4. Campos de velocidade
4.1 Escoamentos 1D, 2D e 3D;
4.2 Linhas de tempo, trajetórias, linhas de emissão e linhas de corrente;
5. Noções de tensor cartesiano;
5.1 Campos de tensão;
5.2 Tensão superficial;
6. Teoria linear da viscosidade;
6.1 Fluidos newtonianos;
6.2 Fluidos não-newtonianos;
7. Descrição e classificação dos movimentos de fluidos;
7.1 Fluido viscoso e não-viscoso;
7.2 Escoamentos laminares e turbulentos;
7.3 Escoamentos compressíveis e incompressíveis;
7.4 Escoamentos externos e internos;
8. Teoria de camada limite
8.1 Conceito de camada limite;
8.2 Separação e formação de vórtices;
8.3 Influëncia de gradientes de pressão
II. Equações Básicas na forma integral para um volume de controle
1. Leis básicas para um sistema;
2. Relação entre as derivadas do sistema e a formulação para o volume de controle;
3. A equação da quantidade de movimento;
4. Leis da Termodinâmica
III. Propriedades gerais das equações de Navier-Stokes
1. Derivação do princípio de similaridade de Reynolds.
2. Fluxos viscosos como soluções das equações de Navier-Stokes;
3. Equações de balanço;
4. Parâmetros adimensionais e significados físicos
IV. Soluções exatas de Navier Stokes
1. Escoamentos laminares entre placas paralelas.
2. Escoamento Hagen-Poiseulli;
3. Gradientes de pressão;
4. Tensão de cisalhamento;
5. Escoamentos potenciais;
6. Equação da quantidade de movimento de von Kármann.
V. Noções de Transição à Turbulência e escoamento turbulento
1. Origem da Turbulência
2. Efeitos importantes
3. Equação de Orr-Sommerfeld;
4. Teorema de Lord Rayleigh;
5. Escoamentos em placas planas.
6. Comprimento de mistura de Prandtl;
7. Equações de continuidade para fluidos incompressíveis.
Bibliografia
Bibliografia Básica:
- 1. Aris R., Vectors, Tensors and the Basic Equations of Fluid Mechanics, Dover Pub., 1990.
- 2. Batchelor, G.K., An Introduction to Fluid Dynamics, Cambridge U. Press, 2000
- 3. Coelho, J. C. M., Energia e fluidos - Mecânica dos fluidos. v. 2, São Paulo, Blucher, 2016 (online)
- 4. Emanuel, G., Analytical Fluid Dynamics. CRC Press, 2000.
- 5. Granger, R.A., Fluid Mechanics. Dover Pub., 1995
- 6. Hughes, W. F., Brighton, J.A., Dinâmica dos Fluidos, McGraw Hill, 1979.
- 7. Lamb, H., Hydrodynamics. Dover Pub., 1993.
- 8. Landau, L.D., Lifshitz, E.M., Fluid Mechanics. Pergamon, 1987.
- 9. Milne-Thomson, L.M., Theoretical Hydrodynamics. Dover Pub., 2011.
- 10. Artigos científicos de revistas nacionais e internacionais relacionados com a disciplina e atuais.