Tópicos Avançados em Mecânica dos Fluidos

Objetivos

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 fundamentos da turbulência e: 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

12554

Créditos

6.0

Professor responsável

Diana Filipa da Conceição Vieira, José Fernando de Almeida Dias, Moisés Gonçalves de Brito

Horas

Semanais - 4

Totais - 64

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

O programa pressupõe o domínio das matérias versadas na unidade curricular de Mecânica de Fluidos

Bibliografia

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

Método de ensino

Existem aulas teorico práticas.

NA parte teórica faz-se a exposição da matéria, sendo incentivada a participação dos alunos.

Na parte prática 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.

Método de avaliação

1 - Modo de avaliação

1.1 A avalição é contínua, constituída por 2 elementos de avaliação: 2 testes teórico-práticos.

1.2. Não há frequência.

2 - Nota final

2.1. Os pesos dos testes na apuração da nota final são de 50%.

2.2. Os valores entram no cálculo da nota final arredondados à décima. Para aprovação, a nota final deverá ser maior ou igual a 9,5 valores.

2.3. Se a nota final (já arredondada às unidades) for maior ou igual a 17 valores, poderá haver lugar a uma prova oral para "defesa de nota".

3 - Regras para as provas escritas

Se vierem a ser presenciais, só se aceitarão respostas redigidas a caneta; não são permitidas máquinas de calcular com memória alfanumérica; 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. Aplicação do teorema dos Π de Buckingham a casos estudados na UC. 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 – Turbulência. Características da turbulência. Decomposição de Reynolds.

5 – 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.

6 – 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:

Engenharia Mecânica