Fundamentos da Mecânica dos Fluidos: Exercícios e Conceitos

1. Defina a espessura da camada limite e espessura de deslocamento.

Camada limite: é a distância da superfície ao ponto em que a velocidade é 99% da velocidade da corrente livre.

Deslocamento: é a distância pela qual a fronteira sólida teria que ser deslocada em um escoamento sem atrito para que a vazão total escoasse.

2. Qual a força que atua na direção do escoamento e qual a força que atua na direção perpendicular do escoamento em um corpo que está imerso em um fluido em movimento?

A força de arrasto é na direção do escoamento. E a força de sustentação é a componente perpendicular ao escoamento.

3. Qual a explicação técnica mais elementar para o surgimento da sustentação?

As partículas levam o mesmo tempo para se deslocar, tanto para cima do aerofólio como por baixo. Para que isso ocorra, a partícula da camada superior deve ter uma velocidade maior do que a camada inferior. Desse modo, com o princípio de Bernoulli, quanto menor a velocidade, maior a pressão, resultando em uma força de sustentação.

4. Quais as características que afetam o coeficiente de sustentação de um corpo?

Ângulo de ataque: é o ângulo que a corrente de fluido forma com a linha que conecta a parte frontal ao fim.

Ângulo que estala: é o ângulo de ataque para o qual a sustentação é máxima.

5. Explique o que ocorre quando um aerofólio estala.

Conforme o ângulo de ataque aumenta, chega-se a uma condição em que o aerofólio comporta-se como um corpo abrupto, ou seja, a camada limite descola-se totalmente, provocando um aumento sensível da força de arrasto e uma diminuição brusca da força de sustentação.

6. Exercícios de Aplicação

7. Um fluido escoa em um canal aberto com uma vazão de 0,09 m³/s e apresenta número de Reynolds de 2500. Esse canal possui uma área molhada de 0,8 m² e um perímetro molhado de 1,2 m. Determine qual a velocidade dinâmica desse fluido.

8. Um óleo SAE 30 a 20 °C e 1 atm escoa a 78 L/s de um reservatório para o interior de um tubo de 200 mm de diâmetro. Aplique a teoria da placa plana para determinar a posição das camadas limites na parede do tubo que se encontra com o centro. V = 250 x 10^-6 m²/s.

9. Uma estaca de seção quadrada com 17,2 cm de lado está fixa no fundo de um rio que tem 5,5 m de profundidade e velocidade média de 2,55 m/s. Calcule o arrasto total sobre a estaca.