- Estabelecer a relação entre as disciplinas básicas – Cálculo e Física – e o desempenho e projeto de sistemas em Engenharia (aeronaves e veleiros, por exemplo).- Introduzir conceitos básicos de Mecânica dos Fluidos com relevância na solução de problemas reais.
Revisão de Cinemática da Partícula Fluida. Dinâmica da Partícula Fluida. Equações de Navier-Stokes. Camada Limite. Força sobre corpos. Turbulência. Escoamento Potencial. Superfícies de Sustentação.
I.Revisão de Cinemática da Partícula Fluida: Noção de campo, descrição Euleriana, aceleração convectiva, operadores vetoriais. Movimento da partícula fluida: translação de corpo rígido, rotação de corpo rígido e deformação. Taxa de variação de volume, equação da continuidade para fluidos incompressíveis; Teorema básico do cálculo diferencial; Teoremas da Gauss e de Stokes, Gradiente do campo de velocidades.II.Dinâmica da partícula fluida: Forças de contacto, pressão e tensão; Definição constitutiva de fluido; fluido ideal: equações de Euler e equação de Bernoulli. Fluido real: viscosidade, tensões viscosas, fluidos Newtonianos, e não Newtonianos.III.Equações de Navier-Stokes: Equações de Navier-Stokes, escalas, ordens de magnitude e adimensionais (números de Reynolds, de Froude, de Strouhal). Equação de transporte de vorticidade. Decomposição de Helmholtz. Soluções analíticas das Equações de Navier-Stokes: solução de Couette e Poiseuille.IV.Camada Limite: Equações de Prandtl e solução de Blasius.V.Força de Arrasto: Relação entre a força de arrasto e a espessura da esteira, formas aerodinâmicas. Arrasto por fricção: placa plana paralela ao escoamento; estimativa do coeficiente de fricção; fórmula de Blasius. Arrasto de forma: placa plana ortogonal ao escoamento, estimativa do arrasto; arrasto de forma e número de Reynolds. Comparação entre arrasto de forma e de fricção. Separação da camada limite, instabilidade da camada cisalhante e emissão de vórtices na esteira de corpos rombudos.VI.Turbulência: Escoamento laminar, turbulento e transição. Turbulência na camada limite: influência na força de arrasto da placa plana; influência no coeficiente de resistência de dutos e rugosidade da parede; influência no arrasto de forma de cilindros circulares e esferas. Lei da parede, sub-camada inercial, perfil logarítmico universal. Tensão de Reynolds. Hipótese de Boussinesq. Comprimento de mistura de Prandtl. Modelagem de turbulência.VII.Escoamento Potential: Minimização da força de arrasto e irrotacionalidade. Reversibilidade e irreversibilidade: visualização das linhas de corrente em escoamento irrotacional. Soluções singulares: fontes/sorvedouros, dipolos e vórtices pontuais no plano. Sobreposição de escoamentos planos elementares. Escoamento em torno de cilindro circular com circulação, efeito Magnus. Teorema de Kutta-Joukowski. Paradoxo de D’Alembert. VIII.Teoria das Superfícies de Sustentação: Teoria de Fólios, condição de Kutta, coeficientes de sustentação e momento. Características geométricas dos aerofólios, família NACA, comparação entre teoria e experimentos, estol. Asas com pequena razão de apsecto, vórtice de ponta de asa e arrasto induzido.
Frank M.White, “Mecânica dos Fluidos”, Tradução da 6.a edição Norte-Americana, McGraw Hill, 2010.Merle C. Potter e David C. Wiggert, “Mecânica dos Fluidos”, Tradução da 3a. Edição Norte-Americana, Thomson, 2004.