Esta obra introduz o comportamento dos fluidos em repouso ou em movimento, expondo o essencial dos conceitos básicos necessários à iniciação em áreas como aerodinâmica subsónica ou supersónica, hidrodinâmica ou turbomáquinas.
Inclui exercícios intercalados na exposição teórica, e exercícios propostos resolvidos no final. A par da versão impressa, é paralelamente disponibilizada uma componente Internet de pendor interactivo contendo software de cálculo em linguagem Fortran com acesso aberto, e aplicações informáticas com interface gráfica amigável, cuja utilização não pressupõe conhecimentos em linguagem de programação e que permitem simular exemplos de interesse prático. É ainda contemplada uma introdução à mecânica dos fluidos computacional (CFD), que se faz acompanhar de um código de cálculo ilustrativo (EasyCFD). Destina-se aos cursos de engenharia, de universidades e politécnicos, servindo de suporte a disciplinas de 1.º, 2.º e 3.º ciclos, incluindo mestrados integrados, bem como a profissionais que careçam de conhecimentos sobre o tema.
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO. CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1 - Noções preliminares. O conceito de fluido
1.2 - Da natureza discreta ao tratamento contínuo
1.3 - As leis básicas da física. Conservação de massa, de quantidade de movimento, de energia
1.4 - As vias teórica e experimental na análise de escoamentos
1.5 - Linhas características usadas na análise de escoamentos
1.6 - Dois pontos de vista: Euler-Lagrange. Volume de controlo-sistema
1.7 - Derivada material
1.8 - Caudal volúmico e caudal mássico de um escoamento
1.9 - Propriedades termodinâmicas de um fluido
1.10 - Notas conclusivas
1.11 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 2 - DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO NUM FLUIDO
2.1 - Introdução
2.2 - Lei de Pascal
2.3 - Compressibilidade
2.4 - Força de pressão sobre um elemento de fluido
2.5 - Versão simplificada das equações de Navier-Stokes
2.6 - Hidrostática
2.7 - Movimento em bloco
2.8 - Escoamento irrotacional incompressível. Equação de Bernoulli
2.9 - Caso geral
2.10 - Manómetros
2.11 - Notas conclusivas
2.12 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 3 - RELAÇÕES INTEGRAIS APLICADAS A VOLUMES DE CONTROLO
3.1 - Introdução
3.2 - Relação entre sistema e volume de controlo
3.3 - Escoamentos tridimensionais, bidimensionais, unidimensionais
3.4 - Equação integral da continuidade
3.5 - Equação integral de conservação da quantidade de movimento linear
3.6 - Equação integral de conservação de quantidade de movimento angular
3.7 - Equação integral de conservação da energia
3.8 - Escoamento de fluidos invíscidos
3.9 - Notas conclusivas
3.10 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 4 - RELAÇÕES DIFERENCIAIS APLICADAS A UM ELEMENTO DE FLUIDO
4.1 - Introdução
4.2 - Equação diferencial da continuidade
4.3 - Equação diferencial de conservação de quantidade de movimento
4.4 - Equação diferencial de conservação da energia
4.5 - Exemplo de solução exacta: escoamento de Couette
- Dissipação viscosa desprezável
- Dissipação viscosa não desprezável
4.6 - Notas conclusivas
CAPÍTULO 5 - REGIME LAMINAR E REGIME TURBULENTO
5.1 - Introdução
5.2 - Número de Reynolds
5.3 - Regimes de escoamento
5.4 - Equações de Reynolds e tensões de Reynolds
5.5 - Uma possível definição de turbulência
5.6 - Leis semiempíricas de distribuição de velocidade
5.7 - Medição de velocidades em escoamentos
5.8 - Notas conclusivas
CAPÍTULO 6 - ESCOAMENTO NO INTERIOR DE CONDUTAS
6.1 - Introdução
6.2 - O coeficiente de perda de carga. Lei de Darcy-Weisbach
6.3 - Região de entrada e região de escoamento desenvolvido
6.4 - Perda de carga em regimes laminar e turbulento
6.5 - Tubos de paredes rugosas
6.6 - Diâmetro equivalente
6.7 - Perdas de carga localizadas
6.8 - Inclusão de bomba, ventilador ou turbina no circuito
6.9 - Associação de condutas
6.10 - Notas conclusivas
6.11 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 7 - ANÁLISE DIMENSIONAL E SEMELHANÇA
7.1 - Introdução
7.2 - Méritos e limitações da análise dimensional
7.3 - O princípio da homogeneidade dimensional
7.4 - Dimensões
7.5 - Técnicas utilizadas em análise dimensional
7.6 - Modelos e semelhança
7.7 - Notas conclusivas
7.8 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 8 - ESCOAMENTO DE CAMADA LIMITE
8.1 - Introdução
8.2 - O conceito de camada limite
8.3 - As equações de camada limite
8.4 - Espessura de deslocamento e espessura de quantidade de movimento
8.5 - Separação de camada limite
8.6 - Resistência de atrito e resistência de forma
8.7 - Placa plana semi-infinita. Solução de Blasius
8.8 - Notas conclusivas
8.9 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 9 - ESCOAMENTO POTENCIAL A DUAS DIMENSÕES DE UM FLUIDO INCOMPRESSÍVEL
9.1 - Introdução
9.2 - Função de corrente
9.3 - Função potencial de velocidade
9.4 - Representação de escoamentos potenciais através das funções de corrente e potencial de velocidade
9.5 - Escoamentos elementares planos
9.6 - Circulação. Teorema de Kelvin
9.7 - Sobreposição de escoamentos
9.8 - Fonte e poço de iguais intensidades. Dipolo
9.9 - Escoamento em torno de um cilindro de secção circular
9.11 - Método das imagens
9.12 - Potencial complexo
9.13 - Transformação conforme
9.14 - Escoamentos de canto
9.15 - Teoria elementar dos perfis alares
9.16 - Notas conclusivas
9.17 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 10 - ESCOAMENTO DE FLUIDOS COMPRESSÍVEIS
10.1 - Introdução
10.2 - Conceitos termodinâmicos relevantes
10.4 - Ondas elásticas e ondas de choque
10.5 - O tubo de Pitot em escoamentos de massa volúmica variável
10.6 - Operação de tubeiras de tipo convergente-divergente
10.7 - Difusor
10.8 - Túnel aerodinâmico supersónico
10.9 - Perfil sustentador supersónico
10.11 - Notas conclusivas
10.12 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 11 - ESCOAMENTO COM SUPERFÍCIE LIVRE
11.1 - Introdução
11.2 - Conceitos gerais e hipóteses de partida
11.3 - Onda infinitesimal de superfície. Número de Froude
11.4 - Escoamento permanente uniforme. Fórmulas de Chézy e de Manning
11.5 - Diagrama de energia específica. Profundidade crítica
11.6 - O ressalto hidráulico
11.7 - Escoamento gradualmente variado
11.8 - Descarregadores
11.9 - Notas conclusivas
11.10 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 12 - TURBOMÁQUINAS
12.1 - Introdução
12.2 - Bomba centrífuga
12.3 - Bomba axial e bomba de escoamento misto
12.4 - Turbina radial
12.5 - Turbina axial e turbina de escoamento misto
12.6 - Turbina de impulsão
12.7 - Características adimensionais. Velocidade específica
12.8 - Rendimento e potência: generalização para turbomáquinas de fluido compressível
12.9 - Notas conclusivas
12.10 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 13 - EXEMPLOS DE APLICAÇÃO PRÁTICA
13.1 - Introdução
13.2 - Tensão superficial: os fluidos em pequena escala
13.3 - Marés oceânicas: abordagem simples de um fenómeno complexo
13.4 - Energia das ondas: uma fonte de elevada densidade energética
13.5 - Ventilador e hélice propulsora: a mesma realidade, vista de referenciais distintos
13.6 - Energia eólica: um potencial incontornável
13.7 - Propulsão a jacto: a via para alta velocidade
13.8 - Fundamentos de cálculo numérico de escoamentos (CFD)
13.9 - Água: um bem essencial que importa distribuir
13.10 - Túneis aerodinâmicos: a realidade à escala
13.11 - Aerodinâmica automóvel: a forma faz a diferença
13.12 - Windsurf: breve curso em 10 imagens
13.13 - Astronáutica: o aquecimento aerodinâmico na reentrada atmosférica
13.14 - Ressalto hidráulico: um fenómeno do quotidiano
13.15 - Aproveitamento da Aguieira: um exemplo de barragem hidroeléctrica
13.16 - Conclusão
RESOLUÇÃO DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS
PROGRAMAS DE CÁLCULO
Props_Liq: Cálculo de propriedades de líquidos; versão Fortran (F) e versão executável interactiva (Visual, V)
Props_Gas: Cálculo de propriedades de gases; versão (F) e versão (V)
Atmosf: Cálculo das propriedades da atmosfera padrão; versão (F) e versão (V)
F_Hidro: Cálculo de forças em superfícies planas submersas; versão (F) e versão (V)
Rotacao: Cálculo de líquidos em rotação em bloco; versão (F) e versão (V)
F_Condutas: Cálculo da força exterior aplicada sobre um troço de conduta; versão (V)
EasyCFD: Cálculo numérico de escoamentos (CFD - Mecânica dos Fluidos Computacional); versão (V)
Redes: Cálculo de redes de condutas; versão (F) e versão (V)
Redes_Convert: Conversão de dados de entrada da versão Visual para a versão Fortran do programa Redes; versão (V)
Blasius: Resolução da equação de Blasius; versão (F)
Potencial: Cálculo de escoamento potencial através da sobreposição de escoamentos elementares; versão (V)
Painel: Cálculo do escoamento potencial através do método de painel; versão (V)
Compress: Resolução de equações para fluidos compressíveis; versão (V)
Onda_Obliqua: Cálculo de uma onda de choque oblíqua; versão (F)
Sup_Livre: Cálculo de escoamentos com superfície livre; versão (V)
Bisseccao: Resolução de equações através do método da bissecção; versão (F)
ANEXOS
A1 - Notação vectorial. Breve revisão
A2 - Verificação das expressões (4.54), (4.56), (4.56.(a)) e (4.60)
A3 - Verificação das expressões (5.9.(a/b)) e (5.10.(a)-(c))
A4 - Verificação da expressão (5.18)
A5 - Verificação da expressão (6.26) e avaliação de (V/umax)turb
A6 - Dedução da equação de Blasius
A7 - Desenvolvimento do parágrafo subsequente à expressão (9.62)
A8 - Transformação conforme. Fundamentos.
A9 - Tabelas e expressões do capítulo 10
A10 - Elementos auxiliares para o capítulo 11
S1.1 - Texto de apoio ao programa Props_Liq
S1.2 - Texto de apoio ao programa Props_Gas
Luís Adriano Oliveira
Professor catedrático no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Coimbra, onde assegura a regência da disciplina de Mecânica dos Fluidos, desde 1980. Diploma de "Docteur Ingénieur" pela universidade francesa de Poitiers (1981), Doutoramento (1986) e Agregação (1998) pela Universidade de Coimbra.
António Gameiro Lopes
Professor auxiliar no mesmo departamento, onde lecciona também a disciplina de Mecânica dos Fluidos, desde 1997. É ainda responsável, na mesma licenciatura, pela disciplina de Programação de Computadores. Diploma de pós-graduação pelo "von Karman Institute for Fluid Dynamics", Bélgica (1989) e Doutoramento pela Universidade de Coimbra (1994).