Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 35
Água escoa em regime permanente através de um tubo de comprimento e raio . Calcule a velocidade de entrada uniforme, , se a distribuição de velocidade através da saída é dada por
e .
Passo 1
Nos foi dado no problema que:
Comprimento do tubo:
Raio do tubo: .
Velocidade de entrada: (velocidade uniforme)
A velocidade na saída:
A velocidade máxima:
Passo 2
Vamos considerar o volume de controle como mostrado na figura. Temos também que assumir um fluxo constante e incompressível.
Com a hipótese feitas acima, podemos usar a equação de conservação de massa da seguinte forma:
E podemos reescrever da seguinte maneira:
Na seção de entrada, o vetor de velocidade e o vetor de área agem em direções opostas. Portanto, o sinal de é negativo na seção de entrada.
Na seção de saída, o vetor de velocidade e o vetor de área agem nas mesmas direções. Portanto, o sinal de é positivo na seção de saída.
Passo 3
Assim, temos que a equação da conservação de massa torna-se a seguinte:
Na entrada, temos que a velocidade e uniforme, assim a equação acima se torna:
Temos que , e temos que , assim podemos escrever a equação acima da seguinte maneira:
Passo 4
Da equação encontrada no passa 3, podemos isolar e substituir por e integrar de a , para encontrar o valor de .
Assim, a velocidade de entrada é .