Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 33
O campo de velocidade em um campo de escoamento bidimensional, em regime permanente e não viscoso, no plano horizontal xy, é dado por , em que A = 1 s-1, e B = 2 m/s; x e y são medidos em metros. Mostre que as linhas de corrente para este escoamento são dadas por . Trace linhas de corrente passando pelos pontos (x,y) = (1, 1),(1, 2) e (2, 2). Determine a aceleração e a velocidade no ponto (x, y) = (1, 2) e trace seus vetores no gráfico da linha de corrente. Determine a componente da aceleração ao longo da linha de corrente neste ponto; expresse-a como um vetor. Avalie o gradiente de pressão nomesmo ponto se o fluido for ar. Que afirmação, se houver, você pode fazer sobre o valor relativo da pressão nos pontos (1, 1) e (2, 2)?
Passo 1
Pessoal, primeiro vamos demonstrar que as linhas de corrente para este escoamento valem Para isso, vamos usar o conceito da inclinação da linha de corrente em 2D:
Onde:
Substituindo o campo de velocidade no conceito acima, temos:
Isolando as variáveis, temos:
Multiplicando tudo por A, temos:
Aplicando a exponencial dos dois lados:
Note que o lado direito sempre é uma constante. Dividindo tudo por A, ficamos com:
Nos pontos pedidos:
Passo 2
A aceleração da partícula é dada pela equação:
Considerando regime permanente e escoamento em 2D, a equação simplifica para:
Substituindo os valores d campo velocidade:
No ponto (1,2):
Já a velocidade vale:
Passo 3
Agora vamos traçar os gráficos pedidos.
Linhas de corrente nos pontos pedidos:
Passo 4
A componente da aceleração que segue o movimento no instante é a tangencial, dada por:
O vetor unitário da aceleração tangencial é definido por:
Substituindo os valores para o ponto (1,2), temos:
Substituindo na equação:
Vetorialmente:
Passo 5
O gradiente de pressão pode ser encontrado pela equação de Euler através de uma linha de corrente (desconsiderando a gravidade):
No ponto (1,2), temos:
Resposta
Linhas de corrente nos pontos pedidos: