Qual é o número adimensional utilizado para classificar escoamentos quanto ao grau de instabilidade (grau de turbulência)? Qual é significado físico desse número?
Passo 1
O enunciado pergunta qual número adimensional usamos para classificar escoamentos segundo o grau de instabilidade (laminar, transicional ou turbulento) e pede o significado físico desse número. O conteúdo envolve mecânica dos fluidos e análise dimensional de forças no escoamento.
Passo 2
O número adimensional que faz essa classificação é o número de Reynolds, definido como a razão entre forças de inércia e forças viscosas no escoamento. A sua expressão típica é
em que
– é a densidade do fluido,
– é uma velocidade característica do escoamento,
– é um comprimento característico (diâmetro de tubo, comprimento de placa, etc.),
– é a viscosidade dinâmica do fluido.
–
–
–
–
Também costuma-se escrever
onde
é a viscosidade cinemática.
Passo 3
Para classificar o escoamento em regimes usa-se tipicamente um valor crítico de Reynolds. Por exemplo, em escoamento em tubo
Passo 4
O significado físico de
é a comparação entre a tendência do fluido manter seu movimento (forças de inércia) e a capacidade interna de dissipar energia por atrito viscoso (forças viscosas). Assim, quanto maior
, mais as forças de inércia dominam e maior a chance de surgirem instabilidades e turbilhões.
Resposta
O número adimensional é o número de Reynolds,
que fisicamente representa a razão entre forças de inércia e forças viscosas no escoamento.