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Descrição
Inclui componente Internet de apoio ao livro, disponível por download nesta página
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.
Conteúdos
* Distribuição de Pressão num Fluido
* Relações Integrais Aplicadas a Volumes de Controlo
* Relações Diferenciais Aplicadas a um Elemento de Fluido
* Regime Laminar e Regime Turbulento
* Escoamentos Internos e Externos
* Escoamentos em Condutas ou de Superfície Livre
* Turbomáquinas
* Exemplos de Aplicação Prática
* Programas de Cálculo
Público-Alvo
* 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.
O(s) Autor(es)
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).
Índice
PREFÁCIO À PRIMEIRA EDIÇÃO
NOTA DOS AUTORES
NOTA DOS AUTORES À TERCEIRA EDIÇÃO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO. CONCEITOS FUNDAMENTAIS
1.1 - Noções preliminares. O conceito de fluido
1.2 - Da natureza discreta ao tratamento contínuo
1.2.1 - Estados sólido, líquido, gasoso
1.2.2 - A hipótese do continuum
1.2.3 - Abordagem típica de um problema em mecânica dos fluidos
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
1.9.1 - Pressão, massa volúmica, temperatura e propriedades derivadas
1.9.2 - O conceito de energia interna usado em mecânica dos fluidos
1.9.3 - Viscosidade
1.9.4 - Condutibilidade térmica
1.9.5 - Difusibilidade de espécies químicas
1.9.6 - Analogia unidimensional entre as leis de Fick, de Newton e de Fourier
1.9.7 - Pressão de vapor. Cavitação
1.9.8 - Tensão superficial. Capilaridade
1.10 - Notas conclusivas
1.11 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 2 - DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÃO NUM FLUIDO
2.1 - Introdução
2.2 - Lei de Pascal
VIII Mecânica dos Fluidos
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
2.6.1 - Equação fundamental da hidrostática
2.6.2 - Líquidos e gases incompressíveis
2.6.3 - Gases compressíveis. Equilíbrio da atmosfera. Atmosfera-padrão
2.6.4 - Forças hidrostáticas sobre superfícies submersas
2.6.5 - Impulsão
2.6.6 - Estabilidade de corpos no seio de fluidos
2.7 - Movimento em bloco
2.7.1 - Translação em bloco com aceleração uniforme
2.7.2 - Rotação em bloco com velocidade angular constante
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
3.5.1 - Volume de controlo não inercial
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
3.8.1 - Equação de Bernoulli
3.8.2 - A equação de Bernoulli e a primeira lei da termodinâmica
3.8.3 - Aplicações da equação de Bernoulli
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
5.6.1 - Lei do defeito de velocidade
5.6.2 - Lei de potência
5.6.3 - Lei logarítmica
5.6.4 - Distribuição na subcamada viscosa
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
6.4.1 - Regime laminar
6.4.2 - Regime 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
6.8.1 - Potência de uma bomba
6.8.2 - Potência de uma turbina
6.9 - Associação de condutas
6.9.1 - Associação em série
6.9.2 - Associação em paralelo
6.9.3 - Redes 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
7.5.1 - O método do produto de potências ou método indicial
7.5.2 - O teorema Π de Buckingham
7.5.3 - Adimensionalização das equações
7.6 - Modelos e semelhança
7.6.1 - O princípio da semelhança física
7.6.2 - Semelhança geométrica
7.6.3 - Semelhança cinemática
7.6.4 - Semelhança dinâmica. Números de Reynolds, Froude, Euler, Mach, Weber
7.6.5 - Breve referência aos túneis aerodinâmicos e de água
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
8.7.1 - A teoria de Blasius para regime laminar
8.7.2 - Aplicações da teoria de Blasius. Regime laminar
8.7.3 - A análise integral de von Karman
8.7.4 - Camada limite em regime turbulento
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
9.5.1 - Escoamento uniforme
9.5.2 - Fonte e poço bidimensionais
9.5.3 - Vórtice irrotacional ou livre
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
9.9.1 - Cilindro sem circulação
9.9.2 - Cilindro com circulação
9.10 - Outras configurações resultantes da sobreposição de escoamento uniforme com fontes, poços e vórtices
9.10.1 - Corpo semi-infinito
9.10.2 - Oval de Rankine
9.10.3 - Oval de Kelvin
9.10.4 - Escoamento em espiral
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
9.15.1 - Nomenclatura
9.15.2 - A condição de Joukowski
9.15.3 - A transformação de Joukowski
9.15.4 - Uma representação alternativa: folha de fontes e folha de vórtices
9.15.5 - Centro de pressões
9.15.6 - Outros exemplos de superfícies sustentadoras
9.15.7 - A realidade tridimensional. Resistência induzida.
9.15.8 - Modelação numérica: breve referência
9.16 - Notas conclusivas
9.17 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 10 - ESCOAMENTO DE FLUIDOS COMPRESSÍVEIS
10.1 - Introdução
10.2 - Conceitos termodinâmicos relevantes
10.2.1 - Gás perfeito
10.2.2 - Processo isentrópico
10.2.3 - Temperatura e entalpia de estagnação
10.2.4 - A celeridade do som e o número de Mach. Pressão de estagnação
10.2.5 - Condições críticas. Relações para um gás perfeito
10.3 - Escoamento unidimensional isentrópico de área variável
10.3.1 - Comportamentos distintos em regime subsónico e supersónico
10.3.2 - Relações para gases perfeitos
10.3.3 - Valor máximo do caudal mássico. Limitação de caudal
10.4 - Ondas elásticas e ondas de choque
10.4.1 - O cone de Mach
10.4.2 - Onda de choque normal
10.4.3 - Onda de choque oblíqua
10.4.4 - Ondas de expansão de Prandtl-Meyer
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
10.10 - Escoamento compressível em condutas de secção constante
10.10.1 - Escoamento unidimensional com atrito
10.10.2 - Escoamento unidimensional com transferência de calor
10.10.3 - Escoamento unidimensional isotérmico
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
11.2.1 - Linha de energia, gradiente de energia, energia específica
11.2.2 - Classificação dos diferentes tipos de escoamento
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
11.7.1 - Equações do escoamento
11.7.2 - Classificação das curvas de regolfo
11.8 - Descarregadores
11.8.1 - Descarregadores de soleira delgada
11.8.2 - Descarregadores de soleira espessa
11.9 - Notas conclusivas
11.10 - Exercícios propostos
CAPÍTULO 12 - TURBOMÁQUINAS
12.1 - Introdução
12.2 - Bomba centrífuga
12.2.1 - Diagrama de velocidades, balanço energético, rendimento
12.2.2 - As pás do rotor, enquanto perfis sustentadores
12.2.3 - Características de operação de uma bomba centrífuga. Cavitação
12.3 - Bomba axial e bomba de escoamento misto
12.3.1 - Diagrama de velocidades e força de sustentação
12.4 - Turbina radial
12.4.1 - Diagrama de velocidades, balanço energético, rendimento
12.4.2 - As pás do rotor, enquanto perfis sustentadores
12.4.3 - Características de operação de uma turbina radial. Cavitação
12.5 - Turbina axial e turbina de escoamento misto
12.5.1 - Diagrama de velocidades e força de sustentação
12.6 - Turbina de impulsão
12.6.1 - Turbina Pelton. Diagrama de velocidades
12.7 - Características adimensionais. Velocidade específica
12.8 - Rendimento e potência: generalização para turbomáquinas de fluido compressível
12.8.1 - Turbomáquinas térmicas
12.8.2 - Rendimento de turbomáquinas motrizes
12.8.3 - Rendimento de turbomáquinas movidas
12.8.4 - Síntese das expressões de potência aplicáveis a turbomáquinas
12.8.5 - Potência de uma hélice propulsora
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
13.4.1 - A energia do mar
13.4.2 - Elementos físicos sobre energia das ondas
XIV Mecânica dos Fluidos
13.4.3 - Dispositivos de captação de energia das ondas
13.4.4 - Viabilidade prática
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
13.7.1 - Equação do efeito propulsor
13.7.2 - Motor turboreactor
13.7.3 - Motor turboventilador
13.7.4 - Motor estatoreactor
13.7.5 - Motor-foguete
13.8 - Fundamentos de cálculo numérico de escoamentos (CFD)
13.8.1 - Equações de conservação
13.8.2 - Discretização e integração
13.8.3 - O algoritmo SIMPLEC
13.8.4 - Resolução das equações
13.8.5 - Sequência de procedimentos do algoritmo SIMPLEC
13.8.6 - Breve referência a alguns tópicos avançados
13.9 - Água: um bem essencial que importa distribuir
13.9.1 - Consumo de água
13.9. 2 - Sistema de abastecimento
13.9.3 - Distribuição de água
13.10 - Túneis aerodinâmicos: a realidade à escala
13.10.1 - Ensaio de veículos automóveis em túnel aerodinâmico
13.10.2 - O efeito de blocagem
13.10.3 - Simulação de escoamentos de camada limite atmosférica
13.10.4 - Breve referência a alguns trabalhos de simulação experimental em túnel
13.10.4.2 - Estudo da acção do vento num edifício
13.11 - Aerodinâmica automóvel: a forma faz a diferença
13.11.1 - Um pouco de história
13.11.2 - O escoamento em torno de um veículo automóvel
13.11.3 - Forças aplicadas num veículo automóvel
13.11.4 - Força arrasto versus força de rolamento
13.11.5 - Força de arrasto e sua dependência com o número de Reynolds
13.11.6 - Breve análise da influência de algumas características geométricas no desempenho aerodinâmico
13.11.7 - Projecto de automóveis de elevado desempenho aerodinâmico
13.12 - Windsurf: breve curso em 10 imagens
13.13 - Astronáutica: o aquecimento aerodinâmico na reentrada atmosférica
13.13.1 - Velocidade de escoamento e aquecimento aerodinâmico
13.13.2 - Aquecimento aerodinâmico na reentrada atmosférica
13.14 - Ressalto hidráulico: um fenómeno do quotidiano
13.14.1 - Ressalto hidráulico circular
13.14.2 - Ressalto hidráulico na gestão dos cursos de água
13.14.3 - Ressalto hidráulico na natureza e no desporto náutico
13.15 - Aproveitamento da Aguieira: um exemplo de barragem hidroeléctrica
13.16 - Conclusão
RESOLUÇÃO DOS EXERCÍCIOS PROPOSTOS
Exercícios referentes ao capítulo 1
Exercícios referentes ao capítulo 2
Exercícios referentes ao capítulo 3
Exercícios referentes ao capítulo 6
Exercícios referentes ao capítulo 7
Exercícios referentes ao capítulo 8
Exercícios referentes ao capítulo 10
Exercícios referentes ao capítulo 11
Exercícios referentes ao capítulo 12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
ÍNDICE REMISSIVO
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
S2.1 - Texto de apoio ao programa Atmosf
S2.2 - Texto de apoio ao programa F_Hidro
S2.3 - Texto de apoio ao programa Rotacao
S3.1 - Texto de apoio ao programa F_Condutas
S4.1 - Texto de apoio ao programa EasyCFD
S6.1 - Texto de apoio aos programas Redes e Redes_Convert
S8.1 - Texto de apoio ao programa Blasius
S9.1 - Texto de apoio ao programa Potencial
S9.2 - Texto de apoio ao programa Painel
S10.1 - Texto de apoio ao programa Compress
S11.1 - Texto de apoio ao programa Sup_Livre
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NÚMERO DE PÁGINAS: 792
FORMATO: 18 x 24 cm
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