Plano de Ensino

IDENTIFICAÇÃO

EMENTA

Introdução aos escoamentos compressíveis. Escoamentos compressíveis unidimensionais. Choques normais. Dimensionamento de bocais e difusores. Escoamentos compressíveis em dutos. Escoamentos Fanno e Rayleigh. Introdução à turbulência. Teoria fenomenológica. Equações básicas. Análise com correlações empíricas. Dinâmica dos fluidos computacional. Simulação numérica e experimentação.

JUSTIFICATIVA

A mecânica dos fluidos é uma disciplina de importância para a engenharia e historicamente tem sustentado o avanço do conhecimento em teorias e em realizações experimentais. A presente disciplina complementa os conhecimentos proporcionados na disciplina de Mecânica dos Fluidos I. A necessidade de que os futuros engenheiros tenham o mínimo de conhecimento sobre o fenômeno de turbulência e sua relação com a maioria de problemas de engenharia ou geofísicos, também é contemplada.

OBJETIVO

PROGRAMA

ESCOAMENTO COMPRESSÍVEL UNIDIMENSIONAL

• A velocidade do som.

• Equação da propagação de uma onda de perturbação em um meio.

• Propagação dessa onda em um gás perfeito e em um processo adiabático.

• Número de Mach e cone de Mach.

• Comportamento da propagação da onda de perturbação (som), com a fonte de perturbação estática e com velocidade inferior, igual ou superior à do som (M<1, M=1 e M>1).

• Correlação da velocidade de propagação da fonte e a do som, definição do número de Mach e cone de Mach.

• Equações governantes.

• Equações de conservação de massa, de quantidade de movimento e energia para um processo isoentrópico de escoamento de um gás perfeito compressível.

• Escoamento isoentrópico num duto com área variável.

• Equações governantes do processo.

• Correlação entre a área de uma seção e a área crítica.

• Escoamento em bocais e difusores.

• Ondas de choque.

• Comportamento do escoamento subsônico.

• Comportamento do escoamento supersônico.

• Ocorrência de choque normal no duto.

           Trabalho 1

• Definição do lugar geométrico para um escoamento adiabático com atrito (linha de Fanno).

• Definição do lugar geométrico para um escoamento de um fluido invíscido com transferência de calor (escoamento Rayleigh).

• Escoamento adiabático com atrito (escoamento Fanno): equações governantes.

• Definição do comprimento máximo de duto.

           Trabalho 2

 ESCOAMENTOS TURBULENTOS

• Introdução: exemplos de sistemas dinâmicos; exemplos de escoamentos turbulentos em aplicações industriais e geofísicas; características fundamentais da turbulência.

• Origem da turbulência: critérios de estabilidade para escoamentos livres, parietais, com rotação e com troca de calor; desprendimento de vórtice em esteiras; turbilhões longitudinais; efeito da aceleração da gravidade.

• Teorias Fenomenológicas: teoria de Kolmogorov. Turbilhões coerentes. Introdução à turbulência bidimensional.

• Equações básicas: continuidade, quantidade de movimento e energia.

• Simulação numérica de escoamentos turbulentos: Simulação numérica direta; Modelagem da turbulência: equações de Reynolds; tensor de tensões de Reynolds. 

• Técnicas Experimentais: Medidas de pressão e velocidade. Transdutores de pressão. Termoanemometria. Velocimetria laser Doppler. Aquisição e tratamento de dados.

• Turbulência em aerodinâmica: descolamento de camada limite; controle do descolamento; transição ao regime turbulento; controle da transição. Aerodinâmica subsônica e supersônica. Desprendimento de vórtices em motores a propelente sólido.

• Turbulência no Meio Ambiente: circulação na atmosfera terrestre. Circulação oceânica. Poluição em rios e lagos. Difusão turbulenta.

• Turbulência em aplicações industriais: otimização da transferência de calor em feixe de barras e em trocadores de calor. Influência da turbulência na qualidade do ar em salas limpas.

• Problemas de interação fluido estrutura: problema físico; causas e consequências das vibrações promovidas por e promotoras de instabilidades dinâmicas; modelagem; experimentação; como modelar; como experimentar.

           Seminário

METODOLOGIA

O conteúdo do programa será apresentado através de aulas expositivas, onde o quadro dá suporte material, complementado com o uso de recursos de apresentação gráfica. Os alunos são convidados a participar na solução dos problemas exemplo. Os problemas resolvidos pelos alunos, fora de sala de aula, complementam o aprendizado.

As atividades síncronas serão realizadas usando a plataforma Conferência Web RNP, no horário estabelecido para a disciplina na Grade Horária para o semestre 2021-1 (sexta feira 8:50-11:30h).

As atividades assíncronas compreendem: revisão de termodinâmica, solução de problemas e elaboração dos trabalhos e seminário.

A comunicação e todas as informações serão disponibilizadas através do Moodle; alternativamente, a comunicação pode ser por meio de email.

A carga horária da disciplina é de 54h aula, sendo 45h síncronas e 9h assíncronas.

AVALIAÇÃO

A avaliação consta de dos trabalhos, um seminário e cinco testes:

• Primeiro trabalho: 30 pontos (7ª semana)

• Segundo trabalho: 30 pontos (11ª semana)

• Seminário:               30 pontos (15ª semana)

• Cinco testes:            10 pontos (aplicados em horário de aula)

O total corresponde a:    100 pontos.

BIBLIOGRAFIA

Básica

ÇENGEL, Y. A., CIMBALA, J. M., 2007, Mecânica dos Fluidos- Fundamentos e Aplicações, McGraw Hill, São Paulo.

FOX, R. W., MCDONALD, A.T., 2006, Introdução à Mecânica dos Fluidos, Guanabara, Rio De Janeiro, 6a Ed., Brasil.

WHITE, F. M., 2002, Mecânica dos Fluidos, Mc Graw Hill.

Complementar

BIRD, R.B., STEWART, W.E., LIGHTFOOT, E.N., 2004, Fenômenos de Transporte, LTC.

BRUNETTI, F., 2a edição, 2008, Mecânica dos Fluidos, Pearson Prentice Hall.

LESIEUR, M., 2008, Turbulence in Fluids (Fluid Mechanics and Its Applications), Springer

MUNSON, B.R., YOUNG, D.F., OKIISHI, T.H., 2004, Fundamentos de Mecânica dos Fluidos, Blucher.

POPE, S.B., 2000, Turbulent Flows, Cambridge University Press, UK.

APROVAÇÃO

Aprovado em reunião do Colegiado realizada em: ____/____/______

Coordenação do Curso de Graduação: _________________________

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Documento assinado eletronicamente por Elie Luis Martinez Padilla, Professor(a) do Magistério Superior, em 05/11/2021, às 21:56, conforme horário oficial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

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A autenticidade deste documento pode ser conferida no site https://www.sei.ufu.br/sei/controlador_externo.php?acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0, informando o código verificador 3152095 e o código CRC 6F87D22A.

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