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. 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
Jorge Emanuel Pereira Navalho, Luís Miguel Chagas da Costa Gil
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.
Oliveira, L. A. e Lopes, A. G., “Mecânica dos Fluidos”, LIDEL.
Tennekes, H. and Lumley, J. L., "A First Course in Turbulence", MIT Press.
Método de ensino
A exposição do conteúdo programático da unidade curricular é feita em aulas teórico-práticas. Após a exposição dos conceitos teóricos é proposta pelo docente aos alunos a resolução e consequente discussão de problemas de aplicação prática. Para além das aulas teórico-práticas, os alunos (organizados em grupos) realizam um trabalho laboratorial.
Método de avaliação
- A avaliação de conhecimentos tem em conta a realização de:
- 1 trabalho laboratorial
- 2 testes ou 1 exame de recurso (provas escritas teórico-práticas)
- O cálculo da nota final (NF) é dado por uma das seguintes médias ponderadas as quais envolvem a nota do Teste 1 (NT1), a nota do Teste 2 (NT2), a nota do Exame de Recurso (NER) e a nota do Trabalho Laboratorial (NTL) – valores arredondados com uma casa décimal:
NF=0,45NT1+0,40NT2+0,15NTL (1)
NF=0,85NER+0,15NTL (2)
Se o aluno optar por realizar o Exame de Recurso a sua nota final é determinada pela Eq. (2) – independentemente do valor de NF que poderia ter obtido através da realização dos testes (avaliação contínua) o qual seria calculado pela Eq. (1).
- Para obter aprovação à UC o aluno deve verificar cumulativamente os seguintes requisitos:
- obter frequência através da realização do trabalho laboratorial com classificação do respectivo relatório ≥ 8,0 val.; e
- obter nota final ≥ 9,5 val.
- Notas finais superiores ou iguais a 17 val. podem ficar sujeitas a defesa de nota, por prova oral.
Informações Adicionais e Regras para a Realização das Provas Escritas
- As provas de avaliação escritas (testes e exame) são realizadas sem consulta. Quaisquer formulário, gráfico, ou tabela que se entendam necessários serão fornecidos no próprio enunciado da prova.
- Durante a realização das provas de avaliação escritas não é permitida a utilização de: (1) máquinas de calcular alfanuméricas; (2) telemóveis; (3) smartwatches; (4) qualquer meio ou aparelho que permita o armazenamento de informação; ou (5) qualquer meio ou aparelho que permita estabelecer comunicação com o interior ou exterior do espaço onde decorrem as provas. Transgressões ficam sujeitas ao previsto no RAC.
- Nas provas de avaliação escritas só serão aceites respostas redigidas a caneta.
- Os alunos devem fazer-se acompanhar por um relógio clássico (relógio sem capacidade de armazenamento de informação e sem capacidade de comunicação) para o controlo do tempo disponível.
-
Os alunos devem inscrever-se para a realização dos testes e exame durante os períodos definidos para tal.
Conteúdo
O Programa da unidade curricular (UC) é composto por cinco módulos, os quais são descritos com detalhe em seguida.
Módulo I: Análise dimensional e semelhança física — Aplicação do teorema dos Π de Buckingham a casos estudados na UC; e similitude, modelação e limitações.
Módulo II: Equações diferenciais — Equações diferenciais de conservação de massa e de quantidade de movimento linear; as equações de Euler para escoamentos invíscidos; as equações de Navier-Stokes para fluidos newtonianos e significado físico dos termos.
Módulo III: Turbulência — Características universais da turbulência; decomposição em média de Reynolds; e modelação de escoamentos turbulentos.
Módulo IV: 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); deparação: efeito do gradiente de pressão; método de Thwaites; corpos imersos em escoamentos.
Módulo V: 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.