Dinâmica dos Fluidos II

Objectivos

Saber interpretar resultados expressos por parâmetros adimensionais bem como saber expressar resultados nessa forma, não se restringindo à área da mecânica dos fluidos. Compreender a problemática da similitude na modelação de situações de interesse prático.
 
Aprender e saber aplicar conhecimentos que permitem lidar com os efeitos da rugosidade e de separações de camada limite, sobre a perda de carga em condutas e acessórios, em particular saber utilizar o diagrama de Moody e obter a curva de uma instalação.
Conhecer fundamentos da operação de bombas e ventiladores, que lhe permitam seleccionar este tipo de equipamentos para operar corretamente numa instalação.
 
Conhecer e saber aplicar ferramentas teóricas apropriadas a distintos regimes (laminar, turbulento) ou regiões dos escoamentos. Nesse sentido: conhecer, saber determinar e utilizar parâmetros integrais de camada limite; atingir destreza na manipulação das equações diferenciais que regem os escoamentos para alcançar resultados que permitam analisá-los; conhecer efeitos do gradiente longitudinal de pressão no desenvolvimento de camadas limite; saber utilizar coeficientes de pressão para corpos imersos em escoamentos, compreendendo e respeitando gamas de aplicabilidade.
 
Aprender e saber aplicar os fundamentos do estudo de escoamentos onde os efeitos da compressibilidade não podem ser desprezados. Conhecer o fenómeno de choking, a operação de tubeiras convergentes-divergentes, e ondas de choque, e saber efectuar cálculos neste âmbito, também com recurso a informação tabelada.
 
Saber resolver problemas da mecânica dos fluidos nas áreas atrás mencionadas, no âmbito alargado da Engenharia e, em particular, da engenharia mecânica.
 
Desenvolver capacidades de: processamento de informação, trabalho autónomo e auto­-aprendizagem, resolução de problemas a nível de engenharia, aplicação do conhecimento a novas situações.

Caracterização geral

Código

10486

Créditos

6.0

Professor responsável

Daniel Cardoso Vaz, José Fernando de Almeida Dias

Horas

Semanais - 5

Totais - 64

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

O programa pressupõe o domínio das matérias versadas na unidade curricular de Dinâmica dos Fluidos I.

Bibliografia

White, F. M., “Fluid Mechanics”, McGraw-Hill.

Método de ensino

Existem aulas teóricas e aulas práticas, e ainda uma sessão laboratorial.

Nas aulas teóricas faz-se a exposição da matéria, sendo incentivada a participação dos alunos.

Nas aulas práticas faz-se uma abordagem centrada na aplicação dos conceitos de modo a que os alunos colaborem activamente na resolução dos problemas e casos práticos propostos.

A sessão laboratorial envolve o registo de resultados de um ensaio em túnel aerodinâmico e elaboração de um relatório, nos vinte minutos subsequentes ao trabalho experimental.

Método de avaliação

1 - Modo de avaliação contínua, constituída por 3 elementos de avaliação: sessão laboratorial e 2 testes escritos (componente de avaliação teórico-prática).

2 - Nota final

2.1. O peso da componente de avaliação laboratorial na nota final é de 15%, de acordo com o n.º 5 do art.º 5 do RAC, sendo os restantes 85% provenientes da nota dos testes ou de exame. O 1.º teste vale 45% e o 2.º teste, 40%. Os valores entram no cálculo arredondados à décima. Para aprovação, a nota final deverá ser maior ou igual a 9,5 valores.

2.2. Se a nota final de um aluno for maior ou igual a 18 valores, poderá haver lugar a uma prova oral para "defesa de nota".

3 - Existe frequência que é obtida por aprovação na Sessão Laboratorial, i.e., obtenção de classificação maior ou igual a 9,5 val.. Veja-se ainda o RAC.  

4 - Sessão Laboratorial

4.1. Entende-se por Sessão Laboratorial atender ao ensaio laboratorial, evidenciar tê-lo preparado, e preparar e submeter um Relatório (de acordo com um modelo) na meia hora subsequente ao ensaio. 

4.2. Para a sessão laboratorial, os alunos devem organizar-se em grupos de 3 e inscreverem-se até à data já anunciada em aviso no CLIP, de acordo com o mapa de sessões que vier a ser divulgado. O regente poderá intervir na formação dos grupos de modo a eliminar tanto quanto possível a ocorrência de grupos com 2 alunos.

4.3. As sessões laboratoriais decorrem nos dias úteis entre 31 de março e 8 de abril, inclusive. Não se realizarão sessões ad-hoc depois de 15 de abril (salvo motivos de força maior devidamente justificados que tenham impedido a comparência do período nominal), com as devidas consequências em termos de perda de frequência. 

4.4. O modo de proceder perante qualquer situação que não se enquadre no procedimento normal aqui descrito, será determinado pelo regente.

5 - Nas provas escritas só se aceitarão respostas redigidas a caneta. Não são permitidas máquinas de calcular com memória alfanumérica. No decorrer das provas é interdito o uso do telemóvel (nem mesmo como relógio ou máquina de calcular). Transgressões ficam sujeitas ao previsto no RAC.

Conteúdo

1 – Análise dimensional e semelhança física. Teorema dos Π de Buckingham. Arrasto em cilindros e esferas. Similitude, modelação e limitações.

2 – Escoamentos em condutas. Distinção entre escoamentos internos e externos. Zonas de entrada e de escoamento completamente desenvolvido. Equação de Bernoulli generalizada. Coeficiente de atrito. Estrutura da camada limite turbulenta. Perfil de velocidade para escoamento turbulento em conduta. Efeito da rugosidade sobre a perda de carga em condutas; coeficiente de atrito; diagrama de Moody. Perdas localizadas. Curva característica de uma instalação. Associação de condutas em série e em paralelo.

3 – Bombas e ventiladores. Noções elementares do funcionamento. Classificação. Curvas características da altura manométrica, da potência e do rendimento. Ponto de funcionamento. Estabilidade. Tipo de curva mais conveniente a cada aplicação. Associação de bombas em série e em paralelo. Cavitação e NPSH de uma bomba.

4 – Escoamentos de camada limite. Teoria de camada limite de Prandtl. Simplificação das equações para escoamento invíscido. Escoamento de fluido viscoso: efeito do número de Reynolds e da geometria (corpos fuselados e rombos); separação. Camada limite sobre placa plana: análise integral de von Kármán. Equações diferenciais de camada limite; solução exacta de Blasius (laminar). Separação: efeito do gradiente de pressão; método de Thwaites. Corpos imersos em escoamentos.

5 – Escoamento compressível. Número de Mach, Ma. Revisão de relações termodinâmicas. Escoamento isentrópico e adiabático. Propriedades de estagnação; relações envolvendo Ma. Variação da área de passagem. Choking. Onda de choque normal. Escoamento supersónico bidimensional: cone de Mach, onda de choque oblíqua, ondas de expansão de Prandtl-Meyer.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: