Enunciado

Considere a troca de energia no escoamento laminar totalmente desenvolvido entre placas paralelas, como nas Equações (6.63). Seja Δ p a queda de pressão ao longo de um comprimento L. Calcule a taxa de trabalho realizado por essa queda de pressão sobre o fluido na região ( 0 < x < L , - h < y < + h ) e compare com a integral da energia dissipada sobre essa mesma região devido à função de dissipação viscosa ϕ da Equação (4.50). As duas têm de ser iguais. Explique por que isso é assim. Você pode relacionar a força de arrasto viscoso e a tensão cisalhante na parede com esse resultado da energia?

Passo 1

Opa! Simbora!

Da equação 6.63,

u = 3 2 V 1 - y 2 h 2

em que,

V = h 2 3 μ Δ p L

O trabalho pela perda de pressão,

W ˙ p r e s s ã o = Δ p V A = 3 μ L V h 2 V 2 h b = 6 μ L b V 2 h

Da equação 4.50, temos:

ϕ = μ ∂ u ∂ y 2 = μ 3 V y h 2 2 = 9 μ V 2 y 2 h 4

Integrando para encontrar a dissipação de energia do escoamento,

E ˙ d i s s i p a d a = L b ∫ - h + h 9 μ V 2 y 2 h 4 d y = 6 μ L b V 2 h = W ˙ p r e s s ã o

São iguais!

Isso porque o trabalho é do atrito da parede, assim, o trabalho é totalmente absorvido pela dissipação viscosa.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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