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 |  موضوع: كتاب Mecânica dos Fluidos - Fundamentos e Aplicaçoes الأربعاء 06 مايو 2020, 2:54 am | |
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أخوانى فى الله
أحضرت لكم كتاب
Mecânica dos Fluidos - Fundamentos e Aplicaçoes
YUNUS A. CENGEL , JOHN M. CIMBALA
Traduçio
KATIA APARECIDA ROQUE
MARIO MORO FECCHIO
Revisio Técnica
PROF. DOUTOR F?BIO SALTARA
Escola Politécnica da USP
JOHN M.
CIMBALA
Oeoartment of
Mectianical and Nuclear
Engjneering, The
Pe’\nsytvania State
University
JORGE LW S BAUfiO
Graduado e Doutorado em Engenharia Nuclear
pelo Instituto Balseiro (Universidad Nacional de Cuyo, Argentina}
Professor Doutor do Departamento de Engenharia Mecânica da USP
KARL PETER BURR
Engenheiro Naval, Ph. D. em Hidrodinâmica pelo Massachusetts Instituteof Technology
Pesquisador no Depto. de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica USP
Consultoria Técnica
HELENA MARIA DE ?VILA CASTRO
Professora Doutora do Instituto de Matem?tica e Estat?stica da USP
da American Physical Society (APS).Pref?cio xii
و المحتوى كما يلي :
C A P ? T U L O 1
INTRODUCio E CONCEITOS B?SICOS 1
1 -1 Introduçio 2
O Que é Fluido? 2
?reas de Aplicaçio da Mecânica dos Fluidos A
1 - 2 Condiçio de Nio-Escorregamento 5
1 - 3 Uma Breve Hist?ria da Mecânica dos Huidos 6
1 - 4 Classificaçio de Escoamentos de Fluidos 8
Regi?es de Escoa mento Viscoso versus Nio Viscoso 8
Escoamento Interno versus Externo 9
Escoamento Compress?vel i^ersuslncompress?vel 9
Escoamento Laminar versus Turbulento 10
Escoamento Natural (ou Nio Forçado) versus Forçado 10
Escoamento em R ^im e Permanente versus em R ^im e
Nio Permanente 10
Escoamentos Uni, Bi e Tridimensionais 12
1 - 5 Sistema e Volume de Controle 13
1 - 6 Importância das Dimens?es e Unidades 14
Algumas Unidades SI e Inglesas 15
Homogeneidade Dimensional 17
Raz?es de Conversio de Unidades 18
1 - 7 Modelagem Matem?tica de Problemas de
Engenharia 19
Modelagem na Engenharia 19
1-8 Técnica de Resoluçio de Problema 20
Passo 1: Definiçio do Problema 20
Passo 2: Diagrama Esquem?tico 21
Passo 3: Hip?teses e Aproximaç?es 21
Passo 4: Leis F?sicas 21
Passo 5: Propriedades 21
Passo 6: C?lculos 21
Passo 7: Racioc?nio, Verificaçio e Discussio 21
1 - 9 Pacotes de Aplicativos para Engenharia 22
Engineering Equation Solver (EES) (Solucionador de
Equaç?es de Engenharia) 23
FLUENT 24
1 - 10 Exatidio, Precisio e Algarismos
Significativos 24
Resumo 27
Referências e Leituras Sugeridas 27
Aplicaçio em Foco: O Que Explos?es Nucleares e
Pingos de Chuva Têm em Comum 28
Problemas 29
C A P ? T U L O 2
PROPRIEDADES DOS FLUIDOS 31
2 - 1 Introduçio 32
Meio Cont?nuo 32
2 -2 Densidade e Gravidade Espec?fica 33
Densidade dos Gases Ideais ou Perfeitos 33
2 -3 Pressio de Vapor e Cavitaçio 35
2 -4 Energia e Calores Espec?ficos 36
2 -5 Coeficiente de Compressibilidade
Coeficiente de Expansio Volumétrica 39
2 -6 Viscosidade 41
2 -7 Tensio Superficial e Efeito Capilar
Efeito Capilar 47
Resumo 48
Referências e Leituras Sugeridas 49
Aplicaçio em Foco: Cavitaçio 50
Problemas 51
C A P ? T U L O 3
PRESSio E EST?TICA DOS FLUIDOS 5 6
Pressio 57
Pressio em um Ponto 58
Variaçio da Pressio com a Profundidade 59
OManômetio 61
Outros Dispositivos de Mediçio da Pressio 64
O Barômetro e a Pressio Atmosférica 65
Introduçio à Est?tica dos Fluidos 68
Forças Hidrost?ticas sobre Superf?cies Planas
Submersas 69
Caso Especial: Placa Retangular Submersa 72
Forças Hidrost?ticas sobre Superf?cies Curvas
Submersas 74
Flutuaçio e Estabilidade 77
Estabilidade de Corpos imersos e Flutuantes 80
Fluidos em Movimento de Corpo R?gido
Caso Especial 1: Fluidos em Repouso 84
Caso Especial 2: Queda Livre de um Corpo Fluido
Aceleraçio em uma Trajet?ria Reta 84
Rotaçio em um Contêiner Cil?ndrico 86
Resumo 89
Referências e Leituras Sugeridas 90
Problemas 90
C A P ? T U L O 4
CINEMATICA DOS FLUIDOS 10 3
Descriç?es Lagrangiana e Euleriana
Campo de Aceleraçio 106
Derivada Material 109
104
Fundamentos da Visualizaçio do Escoamento
Linhas de Corrente e Tubos de ODrrente 110
Linhas de Trajet?ria 112
110MECANICA DOS FLUIDOS
Linhas de Emissio 113
Linhas de Tempo 115
Técnicas de Refraçâo para Visualizaçio do Escoamento 116
Técnicas de Visualizaçio do Escoamento em Superf?cies 117
4 -3 Representaçio Gr?fica dos Dados de Escoamento
de Fluidos 117
Gr?ficos de Perfil 117
Gr?ficos Vetoriais 118
Gr?fico de Contornos 119
4 -4 Outras Descriç?es Cinem?ticas 119
Tipos de Movimento ou Deformaçio dos
Elementos de Fluido 119
Vorticidade e Rotacionalidade 124
Comparaçio entre Dois Escoamentos Circulares 127
4 -5 O Teorema de Transporte de Reynolds 128
Deduçio Alternativa do Teorema de Transporte
de Reynolds 133
Relaçio entre a Derivada Material e o TTR 135
Resumo 135
Aplicaçio em Foco: Atuadores Flu?dicos
Referências e Leituras Sugeridas 137
Problemas 137
C A P I T U L O 5
EQUAC?ES DE CONSERVACio DE MASSA,
DE BERNOULLI E DE ENERGIA 14 8
5-1 Introduçio 149
Conservaçio de Massa 149
Conservaçio do Momento 149
Conservaçio de Energia 149
5 -2 Conservaçio de Massa 150
Vaz?es em Massa e Volume 150
Princ?pio de Conservaçio de Massa 151
Volumes de Controle M?veis ou Deform?veis 153
Balanço de Massa para Processos com Escoamento
em Regime Permanente 154
Caso Especial: Escoamento Incompress?vel 154
5 -3 Energia Mecânica e Eficiência 156
5 -4 A Equaçio de Bemoulli 161
Aceleraçio de uma Part?cula de Fluido 161
Deduçio da Equaçio de Bemoulli 162
Balanço de Forças Transversal às Linhas de Corrente 164
Escoamento Compress?vel Nio Permanente 164
Press?es Est?tica, Dinâmica e de Estagnaçio 164
Limitaç?es do Uso da Equaçio de Bemoulli 166
Linha Piezométrica (HGL) e Linha de Energia {EGL> 167
5 -5 Aplicaç?es da Equaçio de Bemoulli 169
5 -6 Equaçio Geral da Energia 175
Transferência de Energia por Calor, Q 176
Transferência de Energia por Trabalho, W 176
5 -7 An?lise de Energia de Escoamentos em
Regime Permanente 179
Caso Especial: Escoamento Incompress?vel sem Nenhum
Dispositivo de Trabalho Mecânico e Atrito Desprez?vel 182
Fator de Correçio da Energia Cinética, a 182
Resumo 188
Referências e Leituras Sugeridas 189
Problemas 189
C A P ? T U L O 6
a n A l is e d e m o m e n t o n o s s is t e m a s de
ESCOAMENTO 197
6-1 Leis de Newton e Conservaçio do Momento
6 -2 Escolhendo um Volume de Controle 199
6 -3 Forças Que Atuam sobre um
Volume de Controle 200
6 -4 A Equaçio do Momento 203
Casos Especiais 204
Fator de Correçio do Fluxo do Momento, p 205
Escoamento em R ^im e Permanente 206
Escoamento em R ^im e Permanente
com uma Entrada e uma sa?da 207
Escoamento sem Forças Externas 207
6 -5 Revisio do Movimento de Rotaçio
e do Momento Angular 215
6 -6 Equaçio do Momento Angular 217
Casos Especiais 219
Escoamento sem Torques Externos 220
Dispositivos com Escoamento Radial 220
Resumo 225
Referências e Leituras Sugeridas 226
Problemas 226
C A P ? T U L O 7
AN?LISE DIMENSIONAL E MODELAGEM 231
7-1 Dimens?es e Unidades 232
7 -2 Homogeneidade Dimensional 233
Adimensionalizaçio das Equaç?es 234
An?lise Dimensional e Similaridade 238
O Método das Vari?veis Repetidas e o
Teorema Pi de Buckingham 242
Destaque Hist?rico: Pessoas Homenageadas pelos
Parâmetros Adimensionais 249
Testes Experimentais e Semelhança
Incompleta 256
Configuraçio de uma Experiência e Correlaçio dos Dados
Experimentais 256
Semelhança Incompleta 257
Teste no T?nel de Vento 257
Escoamentos com Superf?cies Livres 260
Aplicaçio em Foco: Como uma Mosca Voa 262
Resumo 263
Referências e Leituras Sugeridas 263
Problemas 264
C A P ? T U L O 8
ESCOAMENTO EM TUBOS 2 7 7
8-1 Introduçio 278
8 -2 Escoamentos Laminar e Turbulento
N?mero de Reynolds 279
A Regiio de Entrada 280
Comprimentos de Entrada 282
Escoamento Laminar em Tubos 282
Queda de Pressio e Perda de Carga 284
Tubos Inclinados 286
Escoamento Laminar em Tubos Nio Circulares 287
Escoamento Turbulento em Tubos 290
Tensio de Cisalhamento Turbulenta 291
Perfil da Velocidade Turbulenta 292
O Diagrama de Moody 295
Tipos de Problemas de Escoamento de Fluidos 297
Perdas Menores 301
Redes de Tubulaç?es e Seleçio de Bomba 307
Sistemas de Tubulaç?es com Bombas e Turbinas 309
Mediçio de Vazio e Velocidade 316
Sonda de Pitot e Sonda Est?tica de Pitot 317
Medidores de Vazio por Obstruçio: Orif?cio,
Venturi e Medidores de Bocal 318
Medidores de Vazio por Deslocamento Positivo 321
Medidores de Vazio Tipo Turbina 322
Medidores de Vazio de ?rea Vari?vel (Rotâmetros) 323
Medidores de Vazio Ultra-Sônicos 324
Medidores de Vazio Eletromagnéticos 326
Medidores de Vazio de V?rtice 327
Anemômetros Térmicos {Fio Quente e Filme Quente) 328
Velocimetria Laser Ooppier 329
Velocimetria por Imagem de Part?cula 330
Aplicaçio em Foco: Como Funcionam, ou Nio
Funcionam, os Medidores de Vazio de Placa de
Orif?cio 333
Resumo 334
Referências e Sugest?es de Leitura
Problemas 336
C A P ? T U L O 9
AN?LISE DIFERENCIAL DE ESCDAMENTD
DE FLUIDD 3 4 5
9-1 Introduçio 346
9 -2 Conservaçio da Massa - A Equaçio da
Continuidade 346
Deduçio Usando o Teorema do Divergente 347
Deduçio Usando um Volume de Controle Infinitesimal
Forma Alternativa da Equaçio da Continuidade 351
Equaçio da Continuidade em Coordenadas Cil?ndricas
Casos Especiais da Equaçio da Continuidade 352
9 -3 A Funçio Corrente 357
A Funçio Corrente em Coordenadas Cartesianas 357
A Funçio Corrente em Coordenadas Cil?ndricas 363
A Funçio Corrente Compress?vel 365
9 -4 Conservaçio do Momento Linear - Equaçio de
Cauchy 365
Deduçio Usando o Teorema do Divergente 366
Deduçio Usando um Volume de Controle Infinitesimal 367
Forma Alternativa da Equaçio de Cauchy 369
Deduçio Usando a Segunda Lei de Newton 369
9 -5 A Equaçio de Navier-Stokes 370
Introduçio 370
Fluidos Newtonianos versus Fluidos Nio Nevirtonianos 371
Ix
SUM?RIO
Deduçio da Equaçio de Navier-Stokes para Escoamento
Incompress?vel, Isotérmico 372
Equaç?es da Continuidade e de Navier-Stokes em Coordenadas
Cartesianas 374
Equaç?es da Continuidade e de Navier-Stokes em Coordenadas
Cil?ndricas 374
9 - 6 An?lise Diferencial dos Problemas de Escoamento
de Fluidos 375
C?lculo do Campo de Pressio para um Campo de Velocidade
Conhecido 375
Soluç?es Exatas das Equaç?es da Continuidade e de NavierStokes 380
Condiç?es de Contorno 381
Resumo 397
Referências e Leituras Sugeridas 397
Problemas 397
C A P ? T U L O 1 0
SDLUC?ES APRDXIMADAS DA EQUAC?D
DE NAVIER-STDKES 4 0 9
1 0 - 1 Introduçio 410
1 0 -2 Equaç?es de Movimento na
Forma Adimensional 411
1 0 -3 A Aproximaçio de Escoamento Lento 414
Arrasto em uma Esfera em Escoamento Lento 416
1 0 -4 Aproximaçio para Regi?es do
Escoamento sem ^^scosidade 418
Deduçio da Equaçio de Bernoulli em Regi?es de Escoamento
Sem Viscosidade 419
1 0 -5 A Aproximaçio de Escoamento Iirotacional 422
Equaçio da Continuidade 422
Equaçio do Momento 422
Deduçio da Equaçio de Bernoulli em Regi?es Irrotacionais do
Escoamento 424
Regi?es Irrotacionais de Escoamento Bidimensionais 427
Superposiçio em Regi?es Irrotacionais de Escoamento 430
Escoamentos Planares Irrotacionais Elementares 430
Escoamentos Irrotacionais Formados pela Superposiçio 436
1 0 - 6 A Aproximaçio da Camada Limite 445
As Equaç?es da Camada Limite 449
O Procedimento de Camada Limite 453
Espessura de Deslocamento 457
Espessura do Momento 460
Camada Limite Turbulenta sobre uma Placa Plana 462
Camadas Limites com Gradientes de Pressio 467
A Técnica Integral de Momento para Camadas Limites 471
Resumo 479
Referências e Leituras Sugeridas 479
Aplicaçio em Foco: Formaçio de Got?culas 480
Problemas 481
C A P ? T U L O 1 1
ESCDAMENTD SDBRE CDRPDS; ARRASTD E
SUSTENTAC?D 4 9 0
1 1 - 1 Introduçio 491
1 1 -2 Arrasto e Sustentaçio 492MECANICA DOS FLUIDOS
11 - 3 Arrastos de Atrito e Pressio 495
Reduzindo o Arrasto por Ca renagem 496
Separaçio de Escoamento 497
11 - 4 Coeficientes de Arrasto de Geometrias
Comuns 499
Sistemas Biol?gicos e Arrasto 500
Coeficiente de Arrasto de Ve?culos 502
Superposiçio 504
11 - 5 Escoamento Paralelo sobre Placas Planas 506
Coeficiente de Atrito 507
11-6 Escoamento sobre Cilindros e Esferas 510
Efeito da Rugosidade da Superf?cie 512
11-7 Sustentaçio 514
Efeitos de Extremidade das Pontas das Asas 517
Sustentaçio Gerada pela Rotaçio 519
Resumo 523
Referências e Leituras Sugeridas 524
C A P ? T U L O 1 3
ESCOAMENTO EM CANAL ABERTO 5 9 5
Aplicaçio em Foco: Reduçio de Arrasto
Problemas 526
C A P ? T U L O 1 2
ESCOAMENTO COMPRESS?VEL 5 3 3
12-1 Propriedades de Estagnaçio 534
12-2 Velocidade do Som e N?mero de Mach 537
12-3 Escoamento Isentr?pico Unidimensional 539
Variaçio da Velocidade do Flu?do
com a ?rea de Escoamento 541
Relaç?es de Propriedades para o Escoamento
Isentr?pico de Gases Ideais 543
1 2 -4 Escoamento Isentr?pico através de Bocais 545
Bocais Convergentes 546
Bocais Convergentes-Oivergentes 550
12-5 Ondas de Choque e Ondas de Expansio 553
Choques Normais 554
Choques Obl?quos 559
Ondas de Expansio de Pra ndtl-Meyer 563
12-6 Escoamento de Duto com Transferência
de Calor e Atrito Desprez?vel (Escoamento
de Rayleigh) 566
Relaç?es de Propriedades para o Escoamento
de Rayleigh 571
Escoamento Estrangulado de Rayleigh 573
12-7 Escoamento em Duto Adiab?tico com Atrito
(Escoamento de Fanno) 575
Relaç?es de Propriedades para o Escoamento
de Fanno 577
Escoamento de Fanno Estrangulado 581
Aplicaçio em Foco: Interaç?es de Onda de
Choque/Camada Limite 584
Resumo 585
Referências e Leituras Sugeridas 586
Problemas 586
Classificaçio dos Escoamentos em
Canal Aberto 596
Escoamentos Uniformes e Variados 596
Escoamentos Laminar e Turbulento em Canais 597
N?mero de Froude e Velocidade de Onda 598
Velocidade das Ondas de Superf?cie 600
Energia Espec?fica 602
Equaç?es de Continuidade e Energia 605
Escoamento Uniforme em Canais 607
Escoamento Cr?tico Uniforme 608
Método da Superposiçio para Per?metros
Nio Uniformes 609
1 3 -6 Melhores Seç?es Transversais Hidr?ulicas 611
Canais Retangulares 613
Canais Trapezoidais 613
1 3 -7 Escoamento Gradualmente Variado 616
Perfis de Superf?cie L?quida em Canais Abertos, >Alguns Perfis de Superf?cie Representativos 620
Soluçio Numérica para o Perfil de Superf?cie 622
1 3-8 Escoamento Rapidamente Variado
e Salto Hidr?ulico 623
1 3 - 9 Controle e Mediçio do Escoamento 627
Comporta de Escoamento 627
Resumo 636
Referências e Sugest?es de Leitura 637
Problemas 637
C A P ? T U L O 1 4
TURBOMAQUINAS 6 4 6
1 4 - 1 Classificaç?es e Terminologia 647
1 4 -2 Bombas 649
Curvas de Desempenho da Bomba e Escolha
de uma Bomba para um Sistema de Tubulaçio 650
Cavitaçio de Bomba e Carga de Sucçio
L?quida Positiva 655
Bombas em Série e Paralelo 658
Bombas de Deslocamento Positivo 661
Bombas Dinâmicas 663
Bombas Centr?fugas 663
Bombas Axiais 672
1 4 -3 Leis de Semelhança de Bombas 680
An?lise Dimensional 680
Velocidade Espec?fica de Bomba 682
Leis de Semelhança 684
1 4 -4 Turbinas 687
Turbinas por Deslocamento Positivo 688
Turbinas Dinâmicas 688
Turbinas por Impulso 688
Turbinas de Reaçio 691
1 4 -5 Leis de Semelhança para Turbinas 699
Parâmetros Adimensionais para Turbinas 699
Velocidade Espec?fica da Turbina 702
Turbinas a G?s e Vapor 704Aplicaçio em Foco: Atomizadores de Combust?vel
Girat?rios 706
Resumo 707
Referências e Leituras Sugeridas 707
Problemas 707
C A P ? T U L O 1 5
INTRODUCio A DINAMICA DOS FLUIDOS
COMPUTACIONAL 7 1 6
15-1 Introduçio e Fundamentos 717
Motivaçio 717
Equaç?es do Movimento 717
Procedimento da Soluçio 718
Equaç?es Adicionais do Movimento 720
Geraçio e Independência de Malha 720
Condiç?es de Contorno 724
A Pr?tica Leva à Perfeiçio 728
15-2 C?lculos CFD Laminares 728
Regiio de Entrada de Escoamento de Tubo
em Re = 500 729
Escoamento ao Redor de um Cilindro Circular
em Re = 150 731
1 5 -3 C?lculos CFD Tuibulentos 737
Escoamento ao Redor de um Cilindro Circular
em Re = 10.000 739
Escoamento ao Redor de um Cilindro Circular
em Re = 10^ 741
Projeto do Estator de um Ventilador Axial com
P?s Direcionais 741
1 5 -4 CFD com Transferência de Calor 748
Elevaçio de Temperatura por meio de um Trocador
de Calor com Escoamento Cruzado 749
Resfriamento de um Conjunto de Chips de Circuito
Integrado 751
15-5 C?lculos da CFD para o Escoamento
Compress?vel 754
Escoamento Compress?vel através de um Bocal
Convergente-Divergente 756
Choques Obl?quos sobre uma Cunha 759
15-6 C?lculos da CFD para o Escoamento
em Canal Aberto 760
Escoamento sobre uma Saliência na Parte Inferior
de um Canal 760
Escoamento através de uma Comporta Basculante
(Salto Hidr?ulico) 761
Aplicaçio em Foco: Um Estômago Virtual 763
il
SUM?RIO
A P E N D I C E
TABELAS E DIAGRAMAS DE PROPRIEDADES
(EM UNIDADES SI) 7 6 6
TABELA A-1
TABELA A -2
TABELA A -3
TABELA A -4
TABELA A -5
TABELA A -6
TABELA A -7
TABELA A -8
TABELA A -9
TABELA A -1 0
TABELA A -1 1
FIGURA A -1 2
Massa Molar» Constante de G?s e Calores
Espec?ficos dos Gases de Algumas
Substâncias 767
Propriedades dos Pontos de Ebuliçio e
Congelamento 772
Propriedades da ?gua Saturada 773
Propriedades do Refrigerante
Saturado-134a 774
Propriedades da Amônia Saturada 775
Propriedades do Propano Saturado 776
Propriedades dos L?quidos 777
Propriedades dos Metais L?quidos 778
Propriedades do Ar à Pressio
de 1 atm 779
Propriedades dos Gases à Pressio
de 1 atm 776
Propriedades da Atmosfera a Grandes
Altitudes 782
Diagrama de Moody para o Fator de Atrito
do Escoamento Completamente
Desenvolvido em Tubos Circulares 783
TABELA A - 13 Funç?es de Escoamento Compress?vel
Isentr?pico Unidimensional para um G?s
Ideal com jfe = 1,4 784
TABELA A - 14 Funç?es de Choque Normal
Unidimensional para um G?s Ideal
com/: = 1,4 785
TABELA A -1 5 Funç?es de Escoamento de Rayleigh para
um G?s Ideal com /: = 1,4 786
TABELA A -1 6 Funç?es de Escoamento de Fanno para
um G?s Ideal com /: = 1,4 787
Gloss?rio 788
?ndice 799
Resumo 764
Referências e Leituras Sugeridas
Problemas 765
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