Escoamento em torno de um cilintro

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Faculdade de Tecnologia – FT Departamento de Engenharia Mecânica – ENM Mecânica dos Fluidos 2

Experimento 2 – Análise de escoamento em torno de um cilindro

Professores: Francisco Ricardo da Cunha Rafael Glaber Gontijo Hugo Oliveira - 09/0116518 João Arthur Raizel da Cruz - 08/32332 Luciano Santos - 07/35205 Adriano Possebon - 07/11004 Marcelo Pinheiro Thalita F. Brasiliense Cavalcante -06/39389

Brasília, 16 de agosto de 2010

1.0-INTRODUÇÃO

Nessa segunda etapa experimental, objetiva-se analisar o escoamento do ar em torno de um cilindro que permanece estático. Por ser de uma grande riqueza teórica e prática, o cilindro oferece a oportunidade de visualizar e entender muitos fenômenos importantes na mecânica dos fluidos, como descolamento da camada limite, transição deregime laminar para turbulento, formação de esteira, cálculos de sustentação e cálculos de arrasto. Sendo assim, espera-se que haja o entendimento amplo dos conceitos envolvidos no escoamento em torno de um cilindro, pois são os mesmos que ocorrem em diferentes perfis de asa submetidos a escoamentos, ou seja, considera-se que o cilindro é um tipo de perfil para estudos. Neste relatório, também secalculam as forças de arrasto devido ao escoamento por meio de duas técnicas, as quais estão relacionadas à analise do volume de controle e cálculo por meio da integração numérica do coeficiente de pressão.

2.0-OBJETIVOS Nesse experimento, assim como introduzido no ponto 1.0, objetiva-se encontrar a distribuição do coeficiente de pressão em torno do cilindro, medindo-se a diferença entre a pressãoestática na superfície do cilindro e a pressão estática do escoamento não perturbado. Medir-se á também a pressão dinâmica do escoamento não perturbado e será determinado o coeficiente de arrasto de forma ou inercial do cilindro devido às tensões normais de compressão. Em um segundo momento. Medir-se-á a força de arrasto num cilindro infinito por meio de uma análise integral de volume de controlecom base nos perfis de velocidade e pressão a montante e a jusante do cilindro. Será Comparada a distribuição dos coeficientes de pressão teórico e experimental na superfície do cilindro. Serão Comparados os valores dos coeficientes de arrasto obtidos por meio da distribuição de pressão na superfície do cilindro e da força de arrasto calculada com base na análise de volume de controle; 3.0-INTRODUÇÃO TEÓRICA Quando um escoamento contorna um corpo sólido, fenômenos de grande complexidade podem ocorrer, em razão da interação entre diferentes tipos de camadas cisalhantes. Nas aplicações da engenharia, corpos de diferentes formas são usualmente empregados. Em alguns deles, o escoamento mantém-se colado à superfície durante a maior parte de seu percurso. Nessa categoria, encontram-se as asase os aerofólios. Nos chamados corpos rombudos, ao contrário, a separação ocorre mais próximo do bordo de ataque e o escoamento mantém-se descolado até ultrapassar o corpo sólido. Os corpos rombudos podem possuir arestas afiadas, tal como cilindros de seção triangular ou retangular, ou superfícies contínuas, como acontece com os cilindros circulares e elípticos. De maneira geral, o ponto deseparação depende, dentre outros fatores, como o número de Reynolds e da forma geométrica do corpo. 3.1- Escoamento invíscido e escoamento viscoso

A Figura 01 ilustra as linhas de corrente para o escoamento incompressível e sem viscosidade, ao redor de um cilindro circular estático. A velocidade do fluido cresce do ponto A para o ponto D e em seguida, decresce na mesma proporção, entre os pontos D eE. Nesse caso, as tensões de cisalhamento são inexistentes e os campos de pressão e de velocidade são ambos simétricos, tanto em relação ao eixo x quanto ao eixo y. Resulta daí, que nenhuma força líquida atua sobre o cilindro, implicando na ausência de arrasto e de sustentação. Este tipo de escoamento constitui, evidentemente, uma idealização e se afasta bastante das situações verificadas na...
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