PREFÁCIO À PRIMEIRA EDIÇÃO NOTA DOS AUTORES NOTA DOS AUTORES À TERCEIRA EDIÇÃO CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO. CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Transcrição

1 PREFÁCIO À PRIMEIRA EDIÇÃO NOTA DOS AUTORES NOTA DOS AUTORES À TERCEIRA EDIÇÃO CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO. CONCEITOS FUNDAMENTAIS Noções preliminares. O conceito de fluido Da natureza discreta ao tratamento contínuo Estados sólido, líquido, gasoso A hipótese do continuum Abordagem típica de um problema em mecânica dos fluidos As leis básicas da física. Conservação de massa, de quantidade de movimento, de energia As vias teórica e experimental na análise de escoamentos Linhas características usadas na análise de escoamentos Dois pontos de vista: Euler-Lagrange. Volume de controlo-sistema Derivada material Caudal volúmico e caudal mássico de um escoamento Propriedades termodinâmicas de um fluido Pressão, massa volúmica, temperatura e propriedades derivadas O conceito de energia interna usado em mecânica dos fluidos Viscosidade Condutibilidade térmica Difusibilidade de espécies químicas Analogia unidimensional entre as leis de Fick, de Newton e de Fourier Pressão de vapor. Cavitação Tensão superficial. Capilaridade Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 2 - DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO NUM FLUIDO Introdução Lei de Pascal VIII Mecânica dos Fluidos Compressibilidade Força de pressão sobre um elemento de fluido Versão simplificada das equações de Navier-Stokes Hidrostática

2 Equação fundamental da hidrostática Líquidos e gases incompressíveis Gases compressíveis. Equilíbrio da atmosfera. Atmosfera-padrão Forças hidrostáticas sobre superfícies submersas Impulsão Estabilidade de corpos no seio de fluidos Movimento em bloco Translação em bloco com aceleração uniforme Rotação em bloco com velocidade angular constante Escoamento irrotacional incompressível. Equação de Bernoulli Caso geral Manómetros Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 3 - RELAÇÕES INTEGRAIS APLICADAS A VOLUMES DE CONTROLO Introdução Relação entre sistema e volume de controlo Escoamentos tridimensionais, bidimensionais, unidimensionais Equação integral da continuidade Equação integral de conservação da quantidade de movimento linear Volume de controlo não inercial Equação integral de conservação de quantidade de movimento angular Equação integral de conservação da energia Escoamento de fluidos invíscidos Equação de Bernoulli A equação de Bernoulli e a primeira lei da termodinâmica Aplicações da equação de Bernoulli Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 4 - RELAÇÕES DIFERENCIAIS APLICADAS A UM ELEMENTO DE FLUIDO Introdução Equação diferencial da continuidade Equação diferencial de conservação de quantidade de movimento Equação diferencial de conservação da energia Exemplo de solução exacta: escoamento de Couette - Dissipação viscosa desprezável

3 - Dissipação viscosa não desprezável Notas conclusivas CAPÍTULO 5 - REGIME LAMINAR E REGIME TURBULENTO Introdução Número de Reynolds Regimes de escoamento Equações de Reynolds e tensões de Reynolds Uma possível definição de turbulência Leis semiempíricas de distribuição de velocidade Lei do defeito de velocidade Lei de potência Lei logarítmica Distribuição na subcamada viscosa Medição de velocidades em escoamentos Notas conclusivas CAPÍTULO 6 - ESCOAMENTO NO INTERIOR DE CONDUTAS Introdução O coeficiente de perda de carga. Lei de Darcy-Weisbach Região de entrada e região de escoamento desenvolvido Perda de carga em regimes laminar e turbulento Regime laminar Regime turbulento Tubos de paredes rugosas Diâmetro equivalente Perdas de carga localizadas Inclusão de bomba, ventilador ou turbina no circuito Potência de uma bomba Potência de uma turbina Associação de condutas Associação em série Associação em paralelo Redes de condutas Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 7 - ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA Introdução

4 7.2 - Méritos e limitações da análise dimensional O princípio da homogeneidade dimensional Dimensões Técnicas utilizadas em análise dimensional O método do produto de potências ou método indicial O teorema Π de Buckingham Adimensionalização das equações Modelos e semelhança O princípio da semelhança física Semelhança geométrica Semelhança cinemática Semelhança dinâmica. Números de Reynolds, Froude, Euler, Mach, Weber Breve referência aos túneis aerodinâmicos e de água Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 8 - ESCOAMENTO DE CAMADA LIMITE Introdução O conceito de camada limite As equações de camada limite Espessura de deslocamento e espessura de quantidade de movimento Separação de camada limite Resistência de atrito e resistência de forma Placa plana semi-infinita. Solução de Blasius A teoria de Blasius para regime laminar Aplicações da teoria de Blasius. Regime laminar A análise integral de von Karman Camada limite em regime turbulento Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 9 - ESCOAMENTO POTENCIAL A DUAS DIMENSÕES DE UM FLUIDO INCOMPRESSÍVEL Introdução Função de corrente Função potencial de velocidade Representação de escoamentos potenciais através das funções de corrente e potencial de velocidade Escoamentos elementares planos

5 Escoamento uniforme Fonte e poço bidimensionais Vórtice irrotacional ou livre Circulação. Teorema de Kelvin Sobreposição de escoamentos Fonte e poço de iguais intensidades. Dipolo Escoamento em torno de um cilindro de secção circular Cilindro sem circulação Cilindro com circulação Outras configurações resultantes da sobreposição de escoamento uniforme com fontes, poços e vórtices Corpo semi-infinito Oval de Rankine Oval de Kelvin Escoamento em espiral Método das imagens Potencial complexo Transformação conforme Escoamentos de canto Teoria elementar dos perfis alares Nomenclatura A condição de Joukowski A transformação de Joukowski Uma representação alternativa: folha de fontes e folha de vórtices Centro de pressões Outros exemplos de superfícies sustentadoras A realidade tridimensional. Resistência induzida Modelação numérica: breve referência Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 10 - ESCOAMENTO DE FLUIDOS COMPRESSÍVEIS Introdução Conceitos termodinâmicos relevantes Gás perfeito Processo isentrópico Temperatura e entalpia de estagnação A celeridade do som e o número de Mach. Pressão de estagnação Condições críticas. Relações para um gás perfeito

6 Escoamento unidimensional isentrópico de área variável Comportamentos distintos em regime subsónico e supersónico Relações para gases perfeitos Valor máximo do caudal mássico. Limitação de caudal Ondas elásticas e ondas de choque O cone de Mach Onda de choque normal Onda de choque oblíqua Ondas de expansão de Prandtl-Meyer O tubo de Pitot em escoamentos de massa volúmica variável Operação de tubeiras de tipo convergente-divergente Difusor Túnel aerodinâmico supersónico Perfil sustentador supersónico Escoamento compressível em condutas de secção constante Escoamento unidimensional com atrito Escoamento unidimensional com transferência de calor Escoamento unidimensional isotérmico Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 11 - ESCOAMENTO COM SUPERFÍCIE LIVRE Introdução Conceitos gerais e hipóteses de partida Linha de energia, gradiente de energia, energia específica Classificação dos diferentes tipos de escoamento Onda infinitesimal de superfície. Número de Froude Escoamento permanente uniforme. Fórmulas de Chézy e de Manning Diagrama de energia específica. Profundidade crítica O ressalto hidráulico Escoamento gradualmente variado Equações do escoamento Classificação das curvas de regolfo Descarregadores Descarregadores de soleira delgada Descarregadores de soleira espessa Notas conclusivas Exercícios propostos

7 CAPÍTULO 12 - TURBOMÁQUINAS Introdução Bomba centrífuga Diagrama de velocidades, balanço energético, rendimento As pás do rotor, enquanto perfis sustentadores Características de operação de uma bomba centrífuga. Cavitação Bomba axial e bomba de escoamento misto Diagrama de velocidades e força de sustentação Turbina radial Diagrama de velocidades, balanço energético, rendimento As pás do rotor, enquanto perfis sustentadores Características de operação de uma turbina radial. Cavitação Turbina axial e turbina de escoamento misto Diagrama de velocidades e força de sustentação Turbina de impulsão Turbina Pelton. Diagrama de velocidades Características adimensionais. Velocidade específica Rendimento e potência: generalização para turbomáquinas de fluido compressível Turbomáquinas térmicas Rendimento de turbomáquinas motrizes Rendimento de turbomáquinas movidas Síntese das expressões de potência aplicáveis a turbomáquinas Potência de uma hélice propulsora Notas conclusivas Exercícios propostos CAPÍTULO 13 - EXEMPLOS DE APLICAÇÃO PRÁTICA Introdução Tensão superficial: os fluidos em pequena escala Marés oceânicas: abordagem simples de um fenómeno complexo Energia das ondas: uma fonte de elevada densidade energética A energia do mar Elementos físicos sobre energia das ondas XIV Mecânica dos Fluidos Dispositivos de captação de energia das ondas Viabilidade prática Ventilador e hélice propulsora: a mesma realidade, vista de referenciais distintos Energia eólica: um potencial incontornável Propulsão a jacto: a via para alta velocidade

8 Equação do efeito propulsor Motor turboreactor Motor turboventilador Motor estatoreactor Motor-foguete Fundamentos de cálculo numérico de escoamentos (CFD) Equações de conservação Discretização e integração O algoritmo SIMPLEC Resolução das equações Sequência de procedimentos do algoritmo SIMPLEC Breve referência a alguns tópicos avançados Água: um bem essencial que importa distribuir Consumo de água Sistema de abastecimento Distribuição de água Túneis aerodinâmicos: a realidade à escala Ensaio de veículos automóveis em túnel aerodinâmico O efeito de blocagem Simulação de escoamentos de camada limite atmosférica Breve referência a alguns trabalhos de simulação experimental em túnel Estudo da acção do vento num edifício Aerodinâmica automóvel: a forma faz a diferença Um pouco de história O escoamento em torno de um veículo automóvel Forças aplicadas num veículo automóvel Força arrasto versus força de rolamento Força de arrasto e sua dependência com o número de Reynolds Breve análise da influência de algumas características geométricas no desempenho aerodinâmico Projecto de automóveis de elevado desempenho aerodinâmico Windsurf: breve curso em 10 imagens Astronáutica: o aquecimento aerodinâmico na reentrada atmosférica Velocidade de escoamento e aquecimento aerodinâmico Aquecimento aerodinâmico na reentrada atmosférica Ressalto hidráulico: um fenómeno do quotidiano Ressalto hidráulico circular Ressalto hidráulico na gestão dos cursos de água Ressalto hidráulico na natureza e no desporto náutico Aproveitamento da Aguieira: um exemplo de barragem hidroeléctrica

9 Conclusão RESOLUÇÃO DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS Exercícios referentes ao capítulo 1 Exercícios referentes ao capítulo 2 Exercícios referentes ao capítulo 3 Exercícios referentes ao capítulo 6 Exercícios referentes ao capítulo 7 Exercícios referentes ao capítulo 8 Exercícios referentes ao capítulo 10 Exercícios referentes ao capítulo 11 Exercícios referentes ao capítulo 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ÍNDICE REMISSIVO