Exercícios Resolvidos de Escoamento Laminar e Turbulento e Perda de Carga

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Enunciado

Considere o escoamento de fluidos incompressíveis e imiscíveis em regime permanente, entre duas placas paralelas como mostrado na figura ao lado. A placa superior se move a velocidade U 0 para a direita enquanto a placa inferior fica parada. Na metade inferior, ou seja, região entre as placas ( 0 ≤ y ≤ h / 2 )   escoa um fluido com massa específica ρ 1 e viscosidade μ 1 , e na metade superior h 2 ≤ y ≤ h escoa outro fluido com massa específica ρ 2 e viscosidade μ 2 . Admitindo distribuição linear de velocidades nos escoamentos descritos, pedem-se:

1.1 As condições que as velocidades dos fluidos precisam satisfazer nas paredes e na interface dos fluidos;  

Passo 1

Primeiro de tudo vamos lembrar o que são condições de contorno? Bem, quando a gente pega um perfil de velocidade logo após a integração da EDO, a gente costuma ter sempre duas constantes desconhecidas. As condições de contorno são exatamente condições que usamos para obter tais valores das constantes.

Uma condição muito conhecida na mecânica dos fluidos é a condição de aderência, o que isso quer dizer? Bem, que o fluido que está em contato direto com a fronteira do domínio, terá a mesma velocidade dessa fronteira. Então por exemplo, um escoamento dentro de um tubo a gente sabe que nas paredes internas do tubo, a velocidade será zero.

Outra condição muito usada é quando temos dois fluidos imiscíveis em escoamento laminar que possuem uma interface entre eles, onde nessa posição a gente diz que não há escorregamento entre os fluidos, pois as viscosidades são da mesma ordem de grandeza.

Dado essas condições, podemos agora definir as condições pedidas no item 1.1

u 1 = 0   ,   y = 0

u 2 = U 0 ,   y = h

u 1 = u 2 ,   y = h 2

Resposta

u 1 = 0   ,   y = 0

u 2 = U 0 ,   y = h

u 1 = u 2 ,   y = h 2

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