Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Mecânica dos Fluidos- Ed: 1º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 104
Considere o seguinte campo de velocidade permanente, tridimensional em coordenadas cartesianas: onde , , , e são constantes. Sob quais condições esse campo de escoamento é incompressível? Quais são as dimensões primárias das constantes , , , e ?
Passo 1
Fala Galera!!
Nessa questão nos foi dado o seguinte campo de velocidade:
Passo 2
Para resolver essa questão, vamos supor que fluxo esteja estável. Assim, pela equação 9-61a para coordenadas cartesianas, temos que a equação da continuidade incompressível é:
Em que
Passo 3
Agora, podemos aplicar a equação da continuidade no campo de velocidade dado. Assim temos:
Para que o seja incompressível, precisamos que
Portanto, temos que quando e o fluxo será incompressível.
Passo 4
Para encontrar as unidades das constantes , , , e é importante saber que as dimensões de , e serão iguais a . A partir da definição dita, temos que a componente de velocidade em é a seguinte:
Logo, podemos dizer o seguinte:
Para somar os dois termos do lado direito da equação acima, eles precisam ter a mesma dimensão e para que a equação faça sentido, eles precisam ter a mesma dimensão do termo ao lado esquerdo. Ou seja, para a constante :
Para a constante :
Portanto, a dimensão primária de é e de é .
Passo 5
Para o componente do campo de velocidade, temos:
Logo, podemos dizer o seguinte:
Para que a equação faça sentido, o termo do lado direito precisa ter a mesma dimensão do termo ao lado esquerdo. Ou seja:
Portanto, a dimensão primária de é .
Passo 6
Para o componente do campo de velocidade, temos:
Logo, podemos dizer o seguinte:
Para somar os dois termos do lado direito da equação acima, eles precisam ter a mesma dimensão e para que a equação faça sentido, eles precisam ter a mesma dimensão do termo ao lado esquerdo. Ou seja, para a constante :
Para a constante :
Portanto, a dimensão primária de é e de é .
Resposta
Para que o seja incompressível, precisamos que
e
Dimensões primárias das constantes , , , e .