Enunciado

Considere um líquido em um tanque cilíndrico. Tanto o tanque quanto o líquido giram como um corpo rígido (Fig. P9–75). A superfície livre do líquido é exposta ao ar ambiente. Os efeitos da tensão superficial são insignificantes. Discuta as condições de contorno necessárias para resolver esse problema. Especificamente, quais são as condições de contorno da velocidade em termos de coordenadas cilíndricas ( r ,   θ ,   z ) e componentes de velocidade ( u r ,   u θ ,   u z ) em todas as superfícies, incluindo as paredes do tanque e a superfície livre? Quais condições de contorno de pressão são apropriadas para este campo de escoamento? Escreva equações matemáticas para cada condição de contorno e discuta.

Passo 1

Preparados para seguir??

Então booooraa ...

Aqui nós temos uma situação diferente da anterior, certo?

Aqui o quadro de referencia também gira !

E o que muda?

Para que a condição de limite antiderrapante continue sendo válida teremos:

V l í q u i d o → = V t a n q u e →

Então neste caso, quando r = R t a n q u e   nós teremos a mesma condição que para as pás do caso anterior, certo?

Como o tanque não se move na direção radial ou na direção vertical, teremos que as componentes da velocidade nestes casos será:

u r = 0       e     u z = 0

Então a única componente da velocidade diferente de zero será:

u θ = R t a n q u e ω

Também observamos isso na parede inferior do tanque, certo? Já que o mesmo caso se aplica aí também. Portanto, quando z = 0 , teremos:

u r = 0 ;   u θ = r ω   e   u z = 0

E para a pressão?

Nada mudou, não é? Já que esta superfície está exposta ao ar ambiente, teremos:

P = P a t m

Podemos adicionar também que na superfície livre, para este novo caso, nós não teremos velocidade na direção z nem na direção radial:

u r = 0       e     u z = 0

Mas na direção θ a velocidade continuará igual:

u θ = r ω

Então em todos os pontos nós teremos que:

u r = 0 ;   u θ = r ω   e   u z = 0

Tranquilinha ?!

Resposta

C o m o   v i s t o   a c i m a   ‼

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