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Fluxo laminar

Storyboard

>Modelo

ID:(879, 0)



Fluxo laminar, tinta

Descrição

Uma forma eficaz de mostrar o fluxo laminar é injetar tinta em um fluxo usando uma agulha fina que não o perturbe. Essa técnica permite a visualização clara das camadas de fluido deslizando sem se misturar entre si. A tinta se dispersa no fluido de maneira ordenada, criando linhas distintas que revelam a direção e o padrão do fluxo laminar. Esse método é amplamente utilizado em experimentos e demonstrações para ilustrar visualmente as características e propriedades do fluxo laminar de maneira impactante.

ID:(7059, 0)



Imagens de fluxo laminar

Descrição

A observação em laboratório mostra como a tinta desenha uma linha (neste caso, vermelha). Se o experimento for repetido em diferentes posições, é observado um padrão de camadas, indicando que o fluxo é laminar.

Líquidos que fluem de forma laminar apresentam um canal suave, sem a formação de redemoinhos ou movimentos laterais bruscos.

ID:(7060, 0)



Escoamento laminar em torno de uma esfera

Descrição

Um exemplo de fluxo laminar ao redor de uma esfera demonstra que as camadas de fluido se movem mantendo sua paralelismo.

Aqui está uma imagem que ilustra o cálculo do fluxo entre duas placas e uma esfera/cilindro (link para a imagem: http://luxsignifer.blogspot.com/2016/10/hele-shaw-flow-past-circle.html).

Essa situação ocorre quando o número de Reynolds Re é menor que 5.

ID:(1889, 0)



Fluxo de mel

Descrição

Existem líquidos que exibem um comportamento peculiar, pois parecem fluir em câmera lenta. Um exemplo clássico desse fenômeno é o mel.

A causa subjacente desse comportamento é a força viscosa que é gerada quando uma camada de líquido desliza ou se move em relação às suas camadas adjacentes. Essa força viscosa é proporcional à variação de velocidade entre as camadas do líquido dividida pela espessura da camada em consideração.

ID:(1655, 0)



Folhas no córrego

Conceito

No fluxo laminar, camadas adjacentes se movem e existe uma força gerada pela viscosidade entre elas. A camada mais rápida arrasta sua vizinha mais lenta, enquanto a mais lenta restringe o avanço da mais rápida.

Portanto, a força la força viscosa (F_v) gerada por ERROR:10119.1 sobre a outra é uma função de ERROR:5556.1, ERROR:5436.1 e ERROR:5422.1, como mostrado na seguinte equação:

F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }



ilustrado no seguinte diagrama:

ID:(7053, 0)



Fluir através de um cilindro

Conceito

O fluxo laminar ao redor de um cilindro pode ser representado como múltiplas camadas cilíndricas deslizando sob a influência das camadas adjacentes. Nesse caso, la força viscosa (F_v) com o comprimento do tubo (\Delta L), la viscosidade (\eta) e as variáveis la posição radial no cilindro (r) e la velocidade em um raio do cilindro (v) é expresso como:

F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }



A camada na borda em ERROR:5417.1 permanece estacionária devido ao efeito de borda e, através de la viscosidade (\eta), retarda a camada adjacente que possui velocidade.

O centro é a parte que se move em la taxa de fluxo máxima (v_{max}), arrastando a camada circundante. Por sua vez, essa camada arrasta a próxima e assim por diante até atingir a camada em contato com a parede do cilindro, que está estacionária.



Dessa forma, o sistema transfere energia do centro para a parede, gerando um perfil de velocidade representado por:

v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)



com:

v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }

ID:(7057, 0)



Fluxo laminar

Modelo

Variáveis

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
\Delta L
DL
Comprimento do tubo
m
\Delta v
Dv
Diferença de velocidade entre superfícies
m/s
\Delta z
Dz
Distância entre superfícies
m
F_v
F_v
Força viscosa
N
r
r
Posição radial no cilindro
m
R
R
Raio do tubo
m
S
S
Seção
m^2
v
v
Velocidade em um raio do cilindro
m/s
\eta
eta
Viscosidade
Pa s

Cálculos


Primeiro, selecione a equação:   para ,  depois, selecione a variável:   para 
F_v =- S * eta * Dv / Dz F_v =-2* pi * r * DL * eta *( dv / dr )DLDvDzF_vrRSveta

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

 Variáve   Dado   Calcular   Objetivo :   Equação   A ser usado
F_v =- S * eta * Dv / Dz F_v =-2* pi * r * DL * eta *( dv / dr )DLDvDzF_vrRSveta



Equações

Como a for a viscosa

F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }



e a superf cie do cilindro

S=2\pi R L



onde R o raio e L o comprimento do canal, a for a viscosa pode ser expressa como

F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }

onde \eta representa a viscosidade e dv/dr o gradiente de velocidade entre a parede e o fluxo.

(ID 3623)


Exemplos

Uma forma eficaz de mostrar o fluxo laminar injetar tinta em um fluxo usando uma agulha fina que n o o perturbe. Essa t cnica permite a visualiza o clara das camadas de fluido deslizando sem se misturar entre si. A tinta se dispersa no fluido de maneira ordenada, criando linhas distintas que revelam a dire o e o padr o do fluxo laminar. Esse m todo amplamente utilizado em experimentos e demonstra es para ilustrar visualmente as caracter sticas e propriedades do fluxo laminar de maneira impactante.

(ID 7059)

A observa o em laborat rio mostra como a tinta desenha uma linha (neste caso, vermelha). Se o experimento for repetido em diferentes posi es, observado um padr o de camadas, indicando que o fluxo laminar.

L quidos que fluem de forma laminar apresentam um canal suave, sem a forma o de redemoinhos ou movimentos laterais bruscos.

(ID 7060)

Um exemplo de fluxo laminar ao redor de uma esfera demonstra que as camadas de fluido se movem mantendo sua paralelismo.

Aqui est uma imagem que ilustra o c lculo do fluxo entre duas placas e uma esfera/cilindro (link para a imagem: http://luxsignifer.blogspot.com/2016/10/hele-shaw-flow-past-circle.html).

Essa situa o ocorre quando o n mero de Reynolds Re menor que 5.

(ID 1889)

Existem l quidos que exibem um comportamento peculiar, pois parecem fluir em c mera lenta. Um exemplo cl ssico desse fen meno o mel.

A causa subjacente desse comportamento a for a viscosa que gerada quando uma camada de l quido desliza ou se move em rela o s suas camadas adjacentes. Essa for a viscosa proporcional varia o de velocidade entre as camadas do l quido dividida pela espessura da camada em considera o.

(ID 1655)

No fluxo laminar, camadas adjacentes se movem e existe uma for a gerada pela viscosidade entre elas. A camada mais r pida arrasta sua vizinha mais lenta, enquanto a mais lenta restringe o avan o da mais r pida.

Portanto, a for a la força viscosa (F_v) gerada por ERROR:10119.1 sobre a outra uma fun o de ERROR:5556.1, ERROR:5436.1 e ERROR:5422.1, como mostrado na seguinte equa o:

F_v =- S \eta \displaystyle\frac{ \Delta v }{ \Delta z }



ilustrado no seguinte diagrama:

(ID 7053)

O fluxo laminar ao redor de um cilindro pode ser representado como m ltiplas camadas cil ndricas deslizando sob a influ ncia das camadas adjacentes. Nesse caso, la força viscosa (F_v) com o comprimento do tubo (\Delta L), la viscosidade (\eta) e as vari veis la posição radial no cilindro (r) e la velocidade em um raio do cilindro (v) expresso como:

F_v =-2 \pi r \Delta L \eta \displaystyle\frac{ dv }{ dr }



A camada na borda em ERROR:5417.1 permanece estacion ria devido ao efeito de borda e, atrav s de la viscosidade (\eta), retarda a camada adjacente que possui velocidade.

O centro a parte que se move em la taxa de fluxo máxima (v_{max}), arrastando a camada circundante. Por sua vez, essa camada arrasta a pr xima e assim por diante at atingir a camada em contato com a parede do cilindro, que est estacion ria.



Dessa forma, o sistema transfere energia do centro para a parede, gerando um perfil de velocidade representado por:

v = v_{max} \left(1-\displaystyle\frac{ r ^2}{ R ^2}\right)



com:

v_{max} =-\displaystyle\frac{ R ^2}{4 \eta }\displaystyle\frac{ \Delta p }{ \Delta L }

(ID 7057)


ID:(879, 0)