Fundamentos da Mecânica dos Fluidos

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1 Fundamentos da Mecânica dos Fluidos 1 - Introdução 1.1. Algumas Características dos Fluidos 1.2. Dimensões, Homogeneidade Dimensional e Unidades Sistemas de Unidades 1.3. Análise do Comportamentos dos Fluidos 1.4. Medidas da Massa e do Peso dos Fluidos Massa Específica Peso Específico Densidade 1.5. Lei dos Gases Perfeitos 1.6. Viscosidade 1.7. Compressibilidade dos Fluidos Módulo de Elasticidade Volumétrico Compressão e Expansão de Gases Velocidade do Som 1.8. Pressão de Vapor 1.9. Tensão Superficial Pequena Revisão Histórica 2 - Estática dos Fluidos 2.1. Pressão num Ponto 2.2. Equação Básica do Campo de Pressão 2.3. Distribuição de Pressão num Fluido em Repouso Fluido Incompressível Fluido Compressível 2.4. Atmosfera Padrão 2.5. Medições de Pressão 2.6. Manometria Tubo Piezométrico Manômetro em U Manômetro com Tubo Inclinado 2.7. Dispositivos Mecânicos e Elétricos para a Medição da Pressão 2.8. Força Hidrostática Numa Superfície Plana 2.9. Prisma de Pressões Força Hidrostática em Superfícies Curvas Empuxo, Flutuação e Estabilidade Princípio de Arquimedes Estabilidade Variação de Pressão num Fluido com Movimento de Corpo Rígido Movimento Linear

2 Rotação de Corpo Rígido 3 - Dinâmica dos Fluidos Elementar -Equação de Bernoulli 3.1. Segunda Lei de Newton 3.2. F = ma ao Longo de uma Linha de Corrente 3.3. Aplicação de F = ma na Direção Normal à uma Linha de Corrente 3.4. Interpretarão Física 3.5. Pressão Estática, Dinâmica, de Estagnação e Total 3.6. Exemplos da Aplicação da Equação de Bernoulli Jatos Livres Escoamentos Confinados Medição de Vazão 3.7. A Linha de Energia (ou de Carga Total) e a Linha Piezométrica 3.8. Restrições para a Utilização da Equação de Bernoulli Efeitos da Compressibilidade Efeitos Transitórios Efeitos Rotacionais Outras Restrições 4 - Cinemática dos Fluidos 4.1. O campo de velocidade Descrições Euleriana e Lagrangeana dos Escoamentos Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais Escoamentos em Regime Permanente e Transitório Linhas de Corrente, Linha de Emissão e Trajetória 4.2. O Campo de Aceleração A Derivada Material Efeitos Transitórios Efeitos Convectivos Coordenadas da Linha de Corrente 4.3. Sistemas e Volumes de Controle Teorema de Transporte de Reynolds Derivação do Teorema de Transporte de Reynolds Interpretação Física Relação com a Derivada Material Efeitos em Regime Permanente Efeitos Transitórios Volumes de Controle Móveis Escolha do Volume de Controle 5 - Análise com Volumes de Controle Finitos 5.1. Conservação da Massa - A Equação da Continuidade Derivação da Equação da Continuidade Volume de Controle Fixo e Indeformável Volume de Controle Indeformável e Móvel Volume de Controle Deformável 5.2. Segunda Lei de Newton - As Equações da Quantidade de Movimento Linear e do Momento da Quantidade de Movimento

3 Derivação da Equação da Quantidade de Movimento Linear Aplicação da Equação da Quantidade de Movimento Linear Derivação da Equação do Momento da Quantidade de Movimento Aplicação da Equação do Momento da Quantidade de Movimento 5.3. A Primeira Lei da Termodinâmica -A Equação da Energia Derivação da Equação da Energia Aplicação da Equação da Energia Comparação da Equação da Energia com a de Bernoulli Aplicação da Equação da Energia a Escoamentos Não Uniformes Combinação das Equações da Energia e de Momento da Quantidade de Movimento 5.4. A Segunda Lei da Termodinâmica - Escoamento Irreversível Formulação da Equação da Energia para Volumes de Controle Semi - Infinitesimais Segunda Lei da Termodinâmica para Volumes de Controle Semi- Infinitesimais Combinação da Primeira com a Segunda Lei da Termodinâmica Aplicação da Equação da Energia na Forma de Perda 6 - Análise Diferencial dos Escoamentos 6.1. Cinemática dos Elementos Fluidos Campos de Velocidade e Aceleração Movimento Linear e Deformação Movimento Angular Deformação 6.2. Conservação da Massa Equação da Continuidade na Forma Diferencial Sistema de Coordenadas Cilíndrico Polar A Função Corrente 6.3. Conservação da Quantidade de Movimento Linear Descrição das Forças que Atuam no Elemento Diferencial Equações do Movimento 6.4. Escoamento Invíscido As Equações do Movimento de Euler A Equação de Bernoulli Escoamento Irrotacional A Equação de Bernoulli para Escoamento Irrotacional Potencial de Velocidade 6.5. Escoamentos Potenciais Planos Escoamento Uniforme Fonte e Sorvedouro Vórtice Dipolo 6.6. Superposição de Escoamentos Potenciais Básicos Fonte num Escoamento Uniforme Corpos de Rankine Escoamento em Torno de um Cilindro 6.7. Outros Aspectos da Análise de Escoamentos Potenciais 6.8. Escoamento Viscoso Relações entre Tensões e Deformações As Equações de Navier - Stokes 6.9. Soluções Simples para Escoamentos Incompressíveis e Viscosos Escoamento Laminar e em Regime Permanente entre Duas Placas Paralelas Escoamento de Couette

4 Escoamento Laminar e em Regime Permanente nos Tubos Escoamento Laminar, Axial e em Regime Permanente num Espaço Anular Outros Aspectos da Análise Diferencial Métodos Numéricos 7 - Semelhança, Análise Dimensional e Modelos 7.1. Análise Dimensional 7.2. Teorema de Buckingham Pi 7.3. Determinação dos Termos PI 7.4. Alguns Comentários sobre a Análise Dimensional Escolha das Variáveis Determinação das Dimensões de Referência Unicidade dos Termos Pi 7.5. Determinação dos termos Pi por inspeção 7.6. Grupos Adimensionais Usuais na Mecânica dos Fluidos 7.7. Correlação de dados experimentais com um temo Pi com dois ou mais Termos Pi 7.8. Modelos e Semelhança Teoria dos Modelos Escalas do Modelo Aspectos Práticos na Utilização de Modelos 7.9. Estudo de Alguns Modelos Típicos Escoamento em condutos fechados Escoamento em Torno de Corpos Imersos Escoamento com Superfície Livre Semelhança Baseada nas Equações Diferenciais 8 - Escoamento Viscoso em Condutos 8.1. Características Gerais dos Escoamentos em Condutos Escoamento Laminar e Turbulento Região de Entrada e Escoamento Plenamente Desenvolvido Tensão de Cisalhamento e Pressão 8.2. Escoamento Laminar Plenamente Desenvolvido Aplicação de F=ma num Elemento Fluido Aplicações das Equações de Navier Stokes Aplicação da Análise Dimensional Considerações sobre Energia 8.3. Escoamento Turbulento Plenamente Desenvolvido Transição do Escoamento Laminar para o Turbulento Tensão de Cisalhamento Turbulenta Perfil de Velocidade Turbulento Modelagem da Turbulência Caos e Turbulência 8.4. Análise Dimensional do Escoamento em Tubos O Diagrama de Moody Perdas Localizadas (ou Singulares) Dutos

5 8.5. Exemplos de Escoamentos em Condutos Condutos Simples Sistemas com Múltiplos Condutos 8.6. Medição da Vazão em Tubos Medidores de Vazão em Tubos Medidores Volumétricos 9 - Escoamento Sobre Corpos Imersos 9.1. Características Gerais dos Escoamentos Externos Arrasto e Sustentação Características do Escoamento em Torno de Corpos 9.2. Características da Camada Limite Estrutura e Espessura da Camada Limite numa Placa Plana Solução da Camada Limite de Prandtl/Blasius Equação Integral da Quantidade de Movimento para a Placa Plana Transição de Escoamento Laminar para Turbulento Escoamento Turbulento na Camada Limite Efeitos do Gradiente de Pressão Equação Integral da Quantidade de Movimento com Gradiente de Pressão Não Nulo 9.3. Arrasto Arrasto Devido ao Atrito Arrasto Devido à Pressão Dados de Coeficiente de Arrasto e Exemplos 9.4. Sustentação Distribuição de Pressão superficial Circulação 10 - Escoamentos em Canal Aberto Características gerais dos escoamentos em canal aberto Ondas superficiais Velocidade da onda Efeitos do Número de Froude Considerações energéticas Energia específica Variação da profundidade uniforme em canais Escoamento com profundidade uniforme em canais Aproximação de escoamento uniforme As equações de Chezy e Manning Exemplos de Escoamento com Profundidade Uniforme Escoamento com variação gradual Classificação das formas de superfícies livres Exemplos de escoamentos com variação gradual Escoamento com variação rápida O ressalto hidráulico Vertedores com soleira delgada Vertedores com soleira expressa Comportas submersas

6 11 - Escoamento Compressível Gases perfeitos Número de Mach e velocidade do Som Tipos de escoamentos compressíveis Escoamento isoentrópico de gás perfeito Efeito da variação da Seção Transversal do Escoamento Escoamentos em dutos convergente - divergente Escoamento em dutos com seção transversal constante Escoamento não Isoentrópicos de um gás perfeito Escoamento adiabático e com atrito em dutos com seção transversal constante (escoamento de Fanno) Escoamento Invíscido e com transferência de calor em dutos com seção transversal constante (escoamento de Rayleigh) Ondas de choque normais Analogia ente escoamentos compressíveis e os em canais abertos Escoamento Compressível Bidimensional 12 - Máquinas de Fluxo Introdução Considerações energéticas Considerações básicas sore o momento da quantidade de movimento A bomba centrífuga Considerações teóricas Características do comportamento das bombas NPSH Características do sistema e escolha da bomba Parâmetros adimensionais e leis de semelhança Leis especiais de semelhança para bombas Rotação específica Rotação específica de sucção Bombas de fluxo axial e misto Ventiladores Turbinas Turbinas ação Turbinas de reação Máquinas de fluxo com escoamento compressível Compressor Turbinas A - Tabela para Conversão de Unidades B - Propriedades Físicas dos Fluidos C -Atmosfera Americana Padrão Respostas de Alguns Pares Índice