Capítulo 3 princípios básicos do fluxo III
3.2 características dos fluxos
este capítulo introduz algumas das características importantes de um fluxo. A diferença nas características do fluxo pode afetar como o fluxo é analisado. Além disso, conhecer as características do fluxo é muito importante para avaliar a validade de um resultado obtido.
3.2.1 fluidos compressíveis / incompressíveis
compressão e expansão são características importantes de um fluido. Lembre-se que um fluido pode ser um líquido ou um gás. Se a compressão e a expansão têm um efeito significativo na densidade do fluido (kg/m3), o fluido é chamado de fluido compressível. Considere um exemplo simples de um gás num cilindro, como indicado na figura 3.10. O cilindro é selado para que o gás não possa entrar ou escapar. O volume de fluido muda à medida que o pistão se move. No entanto, a massa do sistema não se altera porque o gás não pode entrar nem sair do cilindro. Portanto, a densidade do fluido deve mudar por causa da mudança no volume.
Figura 3.10: fluido Compressível
por outro lado, quando a compressão e expansão de não afetar significativamente a densidade do fluido, o fluido é chamado de um fluido incompressível. O volume de um fluido incompressível não muda e sua densidade é tratada como uma constante. Considere um líquido num cilindro. Se o cilindro estiver selado, o pistão deixará de se mover assim que entrar em contacto com o líquido. À medida que o pistão se retrai, um espaço vazio é criado acima da superfície líquida. A quantidade de espaço (volume) que o líquido ocupa não muda (na verdade, o volume muda, mas a mudança é muito pequena). Uma vez que a quantidade do líquido é quase inalterada, a densidade do fluido (kg/m3) é constante. Os líquidos são sempre considerados fluidos incompressíveis, uma vez que as mudanças de densidade causadas pela pressão e temperatura são pequenas.
embora gases intuitivos possam sempre parecer fluidos incompressíveis se o gás for permitido mover-se, um gás pode ser tratado como sendo incompressível se a sua alteração na densidade for pequena. Considerar o cilindro cheio com um gás, conforme indicado na figura 3.11. As portas são adicionadas ao cilindro que permite que o gás entre ou saia do cilindro. À medida que o pistão empurra para baixo, o gás flui para fora do porto porque o volume do cilindro diminui. A quantidade de massa do gás também diminui proporcionalmente, e a densidade do gás (kg/m3) no cilindro é inalterada. Quando o pistão retrai, o volume do sistema aumenta, o gás (massa) entra através do porto e a densidade do gás (kg/m3) permanece novamente essencialmente constante. Nesta situação, o gás se comporta como um fluido incompressível. Em sentido estrito, um fluido completamente incompressível não existe. No entanto, quando a densidade muda devido à pressão (o movimento do pistão aplica pressão para o fluido no cilindro) ou temperatura é pequena, aproximando um fluido como um fluido incompressível pode simplificar muito os cálculos.
figura 3.11: fluido incompressível
uma medida do grau de compressibilidade de um gás é o número Mach m do fluxo. O número Mach é a razão entre a velocidade do fluido e a velocidade do som. Quando M < aprox. 0.3, um fluido pode ser tratado como incompressível. Para uma temperatura do ar de 20°C, a velocidade do som é de aproximadamente 340 m/s. Portanto, se a velocidade do fluido for de 100 m/s ou superior, a compressibilidade deve ser considerada nos cálculos. Para velocidades de fluido inferiores a 100 m / s, o fluido pode ser considerado incompressível. Além disso, se a temperatura do fluido muda significativamente (isto é diferente do que o fluido a ser constante, de alta ou de baixa temperatura), a densidade do fluido também irá alterar substancialmente durante a expansão de volume ou de compressão. Neste caso, o fluido também pode ser tratado como um fluido compressível.
= = biografia = = Atsushi Ueyama nasceu em setembro de 1983 em Hyogo, Japão. Sua pesquisa de doutorado focou no método numérico para problemas de interação fluido-sólido. Ele é um engenheiro de consultoria no Software Cradle e fornece suporte técnico aos clientes do Cradle. Ele também é um palestrante ativo em seminários do berço e cursos de treinamento.