Mecânica dos Fluidos I

Código:

EM0029

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2013/2014 - 2S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Fluidos e Energia
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEM	224	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Conhecer, compreender e analisar, com base nas leis fundamentais da mecânica e usando metodologias específicas, o comportamento dos fluidos em repouso e em movimento, com vista à resolução de problemas de mecânica dos fluidos na área da engenharia.

Espera-se que no final do semestre os alunos:

1. Consigam caracterizar os fluidos em termos das suas propriedades e sejam capazes de resolver problemas simples envolvendo a lei de Newton da viscosidade;

2. Sejam capazes de aplicar os princípios da estática de fluidos à determinação de forças de pressão, incluindo a determinação dos respectivos centros de pressões, e à manometria;

3. Sejam capazes de aplicar a equação de Bernoulli ao estudo de escoamentos supostos ideais, incluindo a medição do caudal e da velocidade dos escoamentos;

4. Saibam aplicar as equações da energia mecânica, da quantidade de movimento linear e angular a escoamentos seja na formulação integral, seja na formulação diferencial;

5. Conheçam e saibam aplicar os princípios básicos da análise dimensional e da semelhança na perspectiva do estudo experimental em mecânica dos fluidos.

Resultados de aprendizagem e competências

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Análise matemática

Álgebra

Métodos Numéricos

Estática, Cinemática e Dinâmica

Termodinâmica

Programa

1. Introdução à mecânica de fluidos: relevância do tema no contexto do curso, definições básicas, noção de meio contínuo, condição de não-deslizamento, massa volúmica, lei de Newton da viscosidade, conceito de pressão, pressão absoluta e pressão relativa, pressão de vapor e cavitação. Módulo de elasticidade. velocidade do som. Tensão superficial e o efeito de Marangoni.

2. Estática de fluidos: definições, lei de Pascal, princípio fundamental da hidrostática. Manómetros e barómetros. Força de impulsão. Força hidroestática em superfícies planas imersas e respetivo centro de pressões. Força hidrostática em superficies curvas. Estabilidade. Variação de pressão num fluido com movimento de corpo rígido.

3. Cinemática de escoamentos: perspectivas lagrangeana e euleriana da mecânica dos fluidos, definição de caudal e de velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade), aceleração convectiva e local, conceitos de trajectória, linha de corrente e linha de rasto.

4. Equações de Bernoulli e energia: análise da 2ª lei de Newton ao longo de uma linha de corrente e na normal a uma linha de corrente. Equação de Euler. Equação de Bernoulli. Aplicações. Interpretações da equação de Bernoulli. Alguns sistemas de medição de caudal (Venturi e medidor de orifício) e velocidade (tubo de Pitot e sonda de Prandtl)

5. Análise integral: Teorema de transporte de Reynolds. Lei da conservação da massa na formulação integral. Lei de Newton e equação da quantidade de movimento linear na formulação integral. Força resultante sobre um volume de controle, força de reacção hidrodinâmica. Idem para a quantidade de movimento angular. Dedução da equação da energia mecânica através da formulação integral. Aplicações.

6. Análise diferencial: movimentos e deformações de elementos de fluidos. Tensores velocidade de deformação e rotacional. Vetor vorticidade. Volume de controlo diferencial. Sistemas de coordenadas cartesianas e polares. Função de corrente. Equação de conservação da massa. Análise da 2ª lei de Newton: forças de superfície e de volume. Tensor das tensões. Quantidade de movimento linear: equações de Navier-Stokes. Aplicações das equações de Navier-Stokes

7. Análise dimensional, semelhança e modelação: relevância da análise dimensional, princípio da consistência dimensional, representação dimensional versus representação adimensional, teorema dos "Pi" de Buckingham, adimensionalização: selecção de variáveis e dimensões de referência, grupos adimensionais especiais. Introdução à teoria da semelhança: modelos, semelhança geométrica, cinemática e dinâmica. Adimensionalização das equações fundamentais da Mecânica dos Fluidos.

Componente científica: 100%
Componente tecnológica: 0%

Bibliografia Obrigatória

Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi and Wade W. Huebsch; Fundamentals of Fluid Mechanics, Wiley, 2009. ISBN: ISBN 978-0-470-26284-9
Munson, Bruce R.; Fundamentals of fluid mechanics. ISBN: 0-471-17024-0
White, Frank M.; Fluid Mechanics. ISBN: 0-07-119911-X

Bibliografia Complementar

Ludwig Prandtl, O.G. Tietjens, L. Rosenhead (Translator) ; Fundamentals of Hydro- and Aeromechanics , Dover Publications , 1957. ISBN: ISBN: 0-486-60374-1
G. M. Homsy , H. Aref , K. S. Breuer , S. Hochgreb , J. R. Koseff , B. R. Munson, K. G. Powell , C. R. Robertson , S. T. Thoroddsen; Multimedia Fluid Mechanics - Multilingual Version CD-ROM, Cambridge University Press, 2003. ISBN: ISBN-10: 0521604761 | ISBN-13: 9780521604765
Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
G.A. Tokaty; A History of the Philosophy of Fluid Mechanics , Dover Publications, 1994. ISBN: 0-486-68103-3

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A disciplina irá funcionar com duas turmas independentes, cada uma com três aulas de 1h30 min de aulas teórico-práticas por semana. Em cada aula combina-se a apresentação de teoria com a resolução de exemplos práticos ilustrativos.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Teste	100,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	108,00
Frequência das aulas	54,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não exceder o número máximo de faltas às aulas práticas (25%), de acordo com as regras em vigor. Participar na aula de laboratório.

Fórmula de cálculo da classificação final

Avaliação distribuída sem exame final.

 A avaliação desta Unidade Curricular é realizada por dois testes, sem consulta, a realizar durante o semestre, sendo que cada teste tem um peso de 50% para a nota final.

 A prova de recurso pode ser feita só ao primeiro teste (peso de 50% para a nota final), só ao segundo teste (peso de 50% para a nota final) ou a toda a matéria (peso de 100% para a nota final).

 As regras de avaliação são idênticas para trabalhadores com o estatuto TE, decorrendo as suas provas nosmesmos dias e horas que as dos alunos regulares.

Melhoria de classificação a efectuar na época de recurso: aplicam-se as mesmas regras que para a avaliação normal, i.e., ou parte 1 (50%) ou parte 2 (50%) ou exame global (100%)). De notar que não há transferência das notas das partes 1 e 2 entre semestres/ anos. 

Melhorias de classificação fora da época de recurso são através de um único exame sobre a totalidade da matéria e com peso de 100%.

Naquilo em que este regulamento é omisso aplica-se o regulamento geral da FEUP.

 

Avaliação especial (TE, DA, ...)

As provas de avaliação especial, trabalhadores estudantes, dirigentes associativos e outros, consistem num único exame a toda a matéria e com peso de 100% para a nota final.

Melhoria de classificação

Melhoria de classificação a efectuar na época de recurso: aplicam-se as mesmas regras que para a avaliação normal, i.e., ou parte 1 (50%) ou parte 2 (50%) ou exame global (100%)). De notar que não há transferência das notas das partes 1 e 2 entre semestres/ anos. 

Melhorias de classificação fora da época de recurso são através de um único exame sobre a totalidade da matéria e com peso de 100%.