Diferencie os seguintes tipos de escoamento:
- Internos e externos.
- Estacionário e transiente.
- Laminar, transição e turbulento.
- Compressível e incompressível.
- Viscoso e não-viscoso.
Passo 1
Beleza, o enunciado pede pra gente diferenciar cinco pares de tipos de escoamento na Mecânica dos Fluidos. Vamos usar conceitos básicos como Reynolds, Mach, variação temporal e atuação da viscosidade. Não precisa fórmula complexa, mas vou mostrar algumas equações simples (em LaTeX) só pra clarear a diferença.
Passo 2
Interno vs Externo
- Escoamento interno acontece quando o fluido está “preso” dentro de um canal ou tubo. O contorno (parede) atua em toda volta do escoamento. Ex.: água num cano.
- Escoamento externo rola quando o fluido passa por um objeto que sobressai, mas o fluido não é confinado. Ex.: vento em volta de um automóvel.
Por que faz diferença? No interno você se preocupa com perdas de carga ao longo do tubo; no externo, com arrasto sobre a superfície.
Passo 3
Estacionário vs Transiente
- Estacionário (steady): as propriedades do fluido (velocidade, pressão, densidade) não mudam com o tempo em cada ponto do espaço. Matematicamente:
. - Transiente (unsteady): as grandezas variam no tempo, ou seja
.
Se ligar e desligar bomba, por exemplo, por um tempo o escoamento é transiente até atingir regime estacionário.
Passo 4
Laminar, Transição e Turbulento
A chave aqui é o número de Reynolds:
onde ρ=densidade, U=velocidade característica, L=comprimento típico e μ=viscosidade.
A chave aqui é o número de Reynolds:
onde ρ=densidade, U=velocidade característica, L=comprimento típico e μ=viscosidade.
- Re < 2300 → Laminar: camadas paralelas, sem mistura intensa.
- 2300 < Re < 4000 → Transição: instabilidades crescem, começa a bagunçar.
- Re > 4000 → Turbulento: redemoinhos, mistura completa, flutuações aleatórias.
Passo 5
Compressível vs Incompressível
- Incompressível: a densidade ρ praticamente não muda, ou Δρ/ρ≪1. Geralmente válido se o número de Mach
for < 0.3. - Compressível: ρ varia de forma significativa (Ma > 0.3), aparece ondas de choque e expansão.
Passo 6
Viscoso vs Não-Viscoso
- Viscoso: fluido de verdade, tem atrito interno (viscosidade μ>0), gera tensão de cisalhamento e perdas de energia.
- Não-Viscoso (ou invíscido): hipótese matemática com μ=0, não há tensão de cisalhamento; usado pra simplificar análise e entender fenômenos de grande escala.
Resposta
- Interno: fluido confinado em canal. Externo: fluido fluindo ao redor de um corpo livre.
- Estacionário: propriedades constantes no tempo (
). Transiente: variam no tempo ( ). - Laminar: Re<2300; Transição: 2300–4000; Turbulento: Re>4000.
- Incompressível: ρ≈const (Ma<0.3). Compressível: ρ varia (Ma>0.3).
- Viscoso: μ>0, há atrito interno. Não-viscoso: μ=0, sem atrito.