Mecânica dos Fluidos I

Código:

EM0029

Sigla:

MF I

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Fluidos e Calor

Ocorrência: 2020/2021 - 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	271	Plano de estudos oficial a partir de 2006/07	2	-	6	58,5	162

Língua de trabalho

Português

Objetivos

Analisar, compreender e caraterizar, com base nas propriedades respetivas e nas leis fundamentais da mecânica, o comportamento dos fluidos em repouso e em movimento. Recorrendo a metodologias específicas e, nalguns casos, introduzindo simplificações relevantes, resolver problemas de Mecânica dos Fluidos em engenharia e criar a base para a resolução de outros mais abrangentes, com os conhecimentos complementares a transmitir no âmbito da Mecânica dos Fluidos II.

Resultados de aprendizagem e competências

Modo de trabalho

Presencial

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

Análise Matemática

Álgebra

Estática, Cinemática e Dinâmica

Termodinâmica

Programa

Introdução. Âmbito e relevância da Mecânica de Fluidos no contexto da Engenharia Mecânica, definições básicas, conceito de fluido, noção de meio contínuo, massa volúmica, escoamento de Couette, condição de não-deslizamento, lei de Newton da viscosidade, fluidos newtonianos e não-newtonianos, conceito de pressão, pressão de vapor e cavitação. Módulo de elasticidade. Velocidade do som. Tensão superficial e o efeito de Marangoni.
Estática dos fluidos. Pressão no seio de um fluido em repouso, lei de Pascal, princípio fundamental da hidrostática. Pressão absoluta e relativa, manómetros e barómetros. Força de impulsão. Força hidroestática em superfícies planas imersas e respetivo centro de pressões. Força hidrostática em superfícies curvas. Estabilidade. Variação de pressão num fluido com movimento de corpo rígido
Cinemática de escoamentos. propriedades do campo de velocidades, perspectivas lagrangeana e euleriana da mecânica dos fluidos, aceleração convectiva e local. Sistemas e volumes de controlo. Definição de caudal e de velocidade média, lei da conservação da massa (continuidade). Conceitos de trajetória, linha de corrente e linha de rasto.
Introdução à dinâmica dos fluidos. 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. Conceito de fluido ideal. Interpretações da equação de Bernoulli. Pressão dinâmica e pressão de estagnação. Medições de velocidade e de caudal e respetivos sistemas: sondas de Pitot e de Prandtl, placa orifício. 2ª lei de Newton na direção normal a uma linha de corrente. Pressão em jatos livres.
Equações fundamentais - formulação integral. Teorema de transporte de Reynolds. Lei da conservação da massa. Lei de Newton e equação da quantidade de movimento linear. Força resultante sobre um volume de controle, força de reação hidrodinâmica. Equação da quantidade de movimento angular. Princípio da conservação da energia mecânica. Aplicações.
Equações fundamentais - formulação diferencial. Movimentos e deformações de elementos de fluidos. Tensores velocidade de deformação e rotacional. Vetor vorticidade. Função de corrente. 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.
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.

Bibliografia Obrigatória

Frank M. White; Fluid mechanics. ISBN: 978-0-07-128645-9
Bruce R. Munson, ... [et al.]; Fluid Mechanics. ISBN: 978-1-118-31867-6

Bibliografia Complementar

Oliveira Luis Adriano, Lopes Antonio Gameiro; Mecânica de Fluidos 6ª edição, Lidel , 2020. ISBN: 978-989-752-492-9
Bird, R. Byron; Transport Phenomena. ISBN: 0-471-07395-4
Çengel Yunus A.; Mecânica dos fluidos. ISBN: 978-85-86804-58-8
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
G.A. Tokaty; A History of the Philosophy of Fluid Mechanics , Dover Publications, 1994. ISBN: 0-486-68103-3
M. P. Escudier; Introduction to Engineering Fluid Mechanics, Oxford University Press, 2017. ISBN: 978-0-19-871988-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

A unidade curricular irá funcionar com três sessões semanais de 1,5 horas, sendo duas teóricas e uma teórico-prática.

Aulas teóricas online: exposição dos conceitos teóricos, discussão, apresentação e resolução de exemplos tipo de aplicação. As aulas teóricas são pré-gravadas e colocadas na plataforma moodle sob a forma de vídeos. Durante a aula, em momento síncrono, esclarecem-se dúvidas aos alunos

Aulas teórico-práticas: apresentação, resolução e discussão de exemplos tipo de aplicação. Esclarecimentos das dúvidas dos alunos. Caso estas aulas sejam também online, serão pré-gravadas resoluções de problemas em vídeo que se colocarão na plataforma moodle. Nas aulas TP, em momento síncrono, esclarecem-se dúvidas aos alunos.

Se as condições o permitirem, nomeadamente o levantamento de restrições a auals presenciais e dependendo das respetivas regras em vigor, na segunda metade do semestre poderão ocorrer algumas sessões laboratoriais meramente demonstrativas.

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

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

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	93,00
Frequência das aulas	63,00
Trabalho laboratorial	6,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

 

No contexto atual de pandemia não se impõe esta condição em relação a aulas teóricas ou teórico-práticas.

Fórmula de cálculo da classificação final

TIPO DE AVALIAÇÃO
Dependendo da situação imposta pelo confinamento há duas possibilidades.

• À data da elaboração desta ficha, o mais certo é que haja um exame final presencial.
• Se entretanto a situação pandémica evoluir no sentido de se permitir uma avaliação presencial a meio do semestre, a avaliação passará a ser por dois testes presenciais, um a meio e outro no final do semestre. As épocas de recurso serão por exame final a toda a matéria lecionada. Será por isso avaliação distribuída.

Em qualquer dos casos as provas terão sempre a duração de 90 minutos.

 

COMPONENTES DA AVALIAÇÃO

Possibilidade nº 1: só avaliação por exame final

O exame presencial consiste numa única prova que combina perguntas de desenvolvimento e perguntas de escolha múltipla.

Possibilidade nº 2: avaliação distribuída

A avaliação é constituída por dois testes presenciais, um a meio do semestre à primeira metade da matéria, e o outro no final à segunda metade, que combinam perguntas de desenvolvimento e perguntas de escolha múltipla. Neste caso cada teste terá um peso de 50% para a nota final.

Época de recurso

Um exame presencial que combina perguntas de desenvolvimento e de escolha múltipla e que tem um peso de 100% para a nota final.

Nota 1- calculadora

Só é permitido o uso de calculadora gráfica, se esta estiver em modo exame.

 

Nota 2
Os exames serão exclusivamente em língua portuguesa.

 

Nota 3

Nas provas de avaliação não é permitida a posse pelos alunos de qualquer tipo de dispositivo de comunicação, como por exemplo telemóvel, "smartphone", relógio digital, calculadora gráfica, tablete ou computador. A posse de qualquer um destes dispositivos, durante a realização das provas de avaliação, mesmo que se encontre desligado, é causa suficiente para a anulação da prova. Antes da prova se iniciar e se assim o entender, o aluno poderá depositar o seu dispositivo numa mesa designada pelo vigilante para o efeito, mas à equipa de vigilantes não pode ser atribuída qualquer responsabilidade em caso de desaparecimento do equipamento

Provas e trabalhos especiais

Não estão previstos

Trabalho de estágio/projeto

Não estão previstos

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as normas da FEUP e em prova idêntica à da época de recurso.

Melhoria de classificação

De acordo com as normas da FEUP e em prova idêntica à da época de recurso.

 

Observações

As aulas serão em português.