Quais são os Diferentes Tipos de Fluxo de Fluidos – Explicação Completa
Tabela de Conteúdo
Introdução ao Fluido
O fluido é uma questão que tende a deformar-se continuamente sob a força de Cisalhamento. Consiste em líquidos e gases. Todos os assuntos na terra podem ser classificados com base em seu comportamento em duas categorias, ou seja, sólido e fluido. A substância que tende a fluir sob certas condições é chamada de fluido. Torna-se essencial entender diferentes tipos de fluido e a diferença entre fluido e sólido para melhor compreensão e visualização dos tipos de fluxo de fluido. Neste artigo, discutiremos os tipos de fluido e a diferença entre sólido e fluido em breve e, em seguida, passaremos para os tipos de fluxo de fluido.
tipos de fluidos
os fluidos são classificados com base em seu comportamento sob tensão de cisalhamento. O comportamento é analisado com a ajuda da quantidade chamada viscosidade e densidade do fluido. A viscosidade é como a força de atrito presente em partículas sólidas, que resistem ao movimento do sólido. Ele resiste ao fluxo de fluido e induz um movimento relativo entre as camadas de fluido subsequentes.
Para Classificar e ter uma melhor compreensão de classificação, Considere a Seguinte Equação:
Nota: a Equação Acima representa o fluido que flui em Uma direção (direção X), e de fluxo em todas as Outras Direções é Zero.
Podemos classificar o fluido em 6 tipos diferentes, que são discutidos da seguinte forma:
1. Fluido Ideal:
neste tipo de fluido, a viscosidade é considerada Zero e a densidade é constante em todos os lugares. Isso significa que não há movimento relativo entre as camadas de fluido no fluxo de fluido e todas as camadas se movem com a mesma velocidade. O fluido Ideal é uma suposição, e eles não estão presentes na realidade. Essas suposições são feitas para analisar o comportamento de algum fluido em determinadas condições.
Em resumo, podemos dizer que,
2. Fluido Real:
neste tipo de fluido, a viscosidade não é zero e a densidade varia em todos os lugares do fluido. Isso significa que há movimento relativo entre as camadas de fluido no fluxo de fluido. O fluido Real é o comportamento possuído pelo fluido na realidade, mas muitas vezes é ignorado para tornar a análise mais simples. No fluido Real, não temos nenhuma fórmula fixa para a variação da densidade e valor fixo para a viscosidade do fluido. Todos os fluidos são fluidos reais na natureza.
Em resumo, podemos dizer que,
3. Fluido newtoniano:
no fluido real, não temos a fórmula exata para calcular a densidade e não sabemos a viscosidade do fluido. O fluido newtoniano é aquele fluido com um valor definido de viscosidade e o valor do expoente (n) é 1. A equação para todo o fluido newtoniano pode ser escrita da seguinte forma:
o fluido newtoniano pode ter densidade constante e variável, mas a variação da densidade
em relação ao tempo e ao espaço será conhecida por nós.
Em resumo, podemos dizer que,
4. Fluido não newtoniano:
neste tipo de fluido, a viscosidade não é zero e é definida com precisão. A densidade pode variar ou permanecer constante em relação ao tempo e ao espaço. A principal diferença surge com o valor do expoente ‘n’, que não é igual a 1 e depende do tipo de fluido não newtoniano. A equação para todo o fluido não newtoniano pode ser escrita da seguinte forma:
5. Fluido Compressível:
o fluido é considerado fluido compressível se a densidade variar com o tempo e o espaço. Não podemos dizer sobre a viscosidade neste caso, pois pode ser Zero ou diferente de Zero.
Em resumo, podemos dizer que,
6. Fluido incompressível:
o fluido é considerado incompressível se a densidade do fluido não variar com o tempo e o espaço. Não podemos dizer sobre a viscosidade neste caso, pois pode ser Zero ou diferente de Zero.
Em suma, podemos dizer que,
abaixo lista de Classificação Propriedade dos fluidos diferentes, em função da sua Viscosidade e densidade:
| S. não. | Tipo de Fluido | Viscosidade | Densidade |
| 1 | Ideal Fluido | Zero | Constante |
| 2 | Fluido Real | Não-Zero | Variável |
| 3 | Fluido Newtoniano | diferente de Zero e tem fórmula definida | Pode ser Constante ou variável |
| 4 | Não-Newtoniano do Fluido | diferente de Zero e a fórmula depende do tipo de Não-Newtoniano do fluido | Pode ser constante ou Variável |
| 5 | Fluido Compressível | Zero/Zero | Variável |
| 6 | Incompressível de Fluidos | Zero/Zero | Constante |
Sólida vs Fluido: As diferenças Entre Eles
Sólido e líquido diferem em seu comportamento e não seguir as regras da Física, da mesma maneira. Devido à sua diferença de propriedades, temos Mecânica sólida para mecânica de fluidos e sólidos para fluidos. Podemos notar muitas diferenças entre eles, pois observamos De Perto seu comportamento sob várias condições. Para agrupar seu comportamento de maneira mais direta, usamos a propriedade chamada tensão de cisalhamento. Ele define a propriedade de fluxo do fluido e como seu comportamento é diferente dos sólidos. Os sólidos tendem a dobrar e deformar sob a ação da tensão de cisalhamento. Portanto, sua tensão de cisalhamento varia linearmente com flexão ou deformação. O fluido tende a se deformar continuamente sob a ação da tensão de cisalhamento, e a variação da tensão de cisalhamento não é Linear com deformação. Esta é a principal diferença entre sólido e fluido.
Fig: “Shear Stress” Comportamento
Força Motriz para o Fluxo de Fluido
Características de Fluxo de Fluido levar a vários Fenômenos, tais como Ciclones, Mudanças em Tempos, Arrefecimento do Motor de Combustão Interna, e muitas coisas mais. Surge a pergunta: Qual é a razão para o fluxo de fluido? E podemos prever o comportamento do fluxo de fluido em todas as condições? O fluido flui de um ponto para outro por causa da diferença de pressão entre os dois pontos. O fluxo Natural de fluido ocorre de alta pressão a baixa pressão para equalizar a diferença de pressão nesses dois pontos. O fluxo de baixa pressão para a região de alta pressão pode ser alcançado com força motriz externa, como bomba, Etc. Os padrões de fluxo de fluido podem ser classificados, mas não podem ser previstos com precisão em um instante de tempo. Toda a previsão para o comportamento do fluxo de fluido é feita com o uso de Softwares que usam técnicas numéricas para aproximar o comportamento do fluxo em um determinado instante.
Fonte da Imagem
Para Iniciar Nosso Estudo para o Fluxo de Fluido, vamos primeiro aprender sobre diferentes Parâmetros no fluxo de fluido. Esses parâmetros são Timelines, Pathlines, Streaklines e Streamlines.
Timeline:
se marcarmos as partículas de fluido adjacentes fluindo em um determinado instante de tempo, ele forma uma linha do tempo. Por exemplo, para demonstrar o comportamento das partículas de fluido sob a ação de tensão de cisalhamento constante, a linha do tempo foi introduzida para dar a deformação do fluido a cada instante de tempo. Portanto, na linha do tempo, cada partícula de fluido é rastreada em um determinado instante de tempo.
Fig.4: Linha do tempo
Pathline:
se traçarmos o caminho de uma partícula de fluido por algum tempo, ela formará Pathline. Por exemplo, pegue corante e fumaça e tire uma fotografia de longa exposição de seu movimento subsequente. O caminho traçado pela partícula é Pathline. Aqui, consideramos uma partícula fonte de fluido e observamos seu caminho por um determinado tempo. O caminho traçado pelas partículas durante esse tempo é a linha de caminho da partícula.
Fig.: Pathline
Streakline:
se marcarmos o caminho da partícula de fluido em um determinado local por algum tempo, ela forma Streakline. Durante o teste aerodinâmico do túnel de vento do automóvel, a fumaça é liberada em direção ao carro para avaliação de força aerodinâmica e arrasto. O caminho traçado pela fumaça sobre o carro é Streakline. Aqui, consideramos o fluxo de camadas subsequentes, observamos sua posição em um determinado instante de tempo e traçamos a posição para formar Streakline.
Fig: Streakline
Simplificar:
é o Caminho desenhado por uma das Partículas do fluido, de modo que a tangente a ela dá a direção da velocidade das partículas de fluido no ponto. Como eles são a tangente ao fluxo, não pode haver fluxo ao longo da aerodinâmica. Eles são usados em simulação de computador para visualização de fluxo, onde as linhas de Transmissão são desenhadas para representar o campo de velocidade traçado pelas partículas de fluido.
Fig.: Streamline
tipos de fluxo de fluido
o fluxo de fluido pode ser classificado nos seguintes tipos:
- Uniforme e não-Uniforme de fluxo
- Estável e Instável de Fluxo
- Rotacional e Irrotational Fluxo
- Compressível e Incompressível Fluxo
- Viscosos e não Viscosos Fluxo
- Interna e Externa de Fluxo
- Laminar e Turbulento fluxo
- 1D, 2D, e de Fluxo em 3D
Vamos Estudar sobre eles, um por um:
1. Fluxo uniforme e não uniforme
o fluxo de fluido é considerado uniforme se a velocidade do fluido não mudar com o espaço. Portanto, nesses tipos de fluxo de fluido, a velocidade depende apenas do tempo e não das coordenadas X, Y, Z da partícula de fluido.
diz-se que o fluxo de fluido não é uniforme se a velocidade do fluido mudar com o espaço. Portanto, neste tipo de fluxo, a velocidade é a função do tempo e coordenadas X, Y, Z de partículas de fluido. Por exemplo, como mostrado na figura, a velocidade do fluxo é constante quando a área da seção transversal não está mudando, mas à medida que a área da seção transversal muda, a velocidade varia conforme o fluido se move para a seção. O fluxo torna-se não-Unifrom na natureza.
o fluxo de fluido através de um tubo com uma seção transversal uniforme é chamado de fluxo uniforme e se o fluxo de fluido é através de um tubo sem seção transversal uniforme ( ou cônica ) é chamado de fluxo não uniforme
2. Fluxo constante e instável
diz-se que o fluxo de fluido é estável se as propriedades do fluido, como velocidade e pressão, não variam com o tempo. Portanto, nesse fluxo, As propriedades do fluido dependem apenas das coordenadas X, Y, Z de uma partícula de fluido. Para esse tipo de fluxo, streaklines, streamlines e pathlines são idênticos.
o fluxo de fluido é instável se as propriedades do fluido, como velocidade e pressão, variam com o tempo. Portanto, nesse fluxo, as propriedades do fluido dependem do tempo e das coordenadas X, Y, Z de uma partícula de fluido. Para esse tipo de fluxo, streaklines, streamlines e pathlines não são idênticos.
na figura dada, a primeira expressão representa fluxo constante, enquanto a segunda expressão é para fluxo instável. Uma descarga constante através da tubulação será um fluxo constante, quando a descarga variável através da tubulação for Fluxo instável.
3. Fluxo rotacional e irrotacional
se as partículas de fluido giram em torno de seu eixo enquanto se movem na aerodinâmica, é chamado de fluxo rotacional.
se as partículas de fluido se movem em uma aerodinâmica e não giram em torno de seu eixo, é chamado de fluxo irrotacional.
podemos identificar esse tipo de fluxo calculando a vorticidade do fluxo, que depende da velocidade do fluxo. Se a vorticidade é Zero, o fluxo de fluido é irrotacional; caso contrário, é fluxo rotacional.
4. Fluxo compressível e incompressível
no fluxo compressível, a densidade do fluido muda com o tempo e o espaço. Enquanto, no fluxo incompressível, a densidade do fluido permanece constante. Este fluxo encontra sua aplicação no fluido de freio. No sistema de frenagem, o fluido de freio transfere a pressão criada pelo pé para as rodas para quebrar. Se o fluido for incompressível, ele transferirá a pressão exata aplicada pelo pé para as rodas para uma frenagem efetiva. Se o fluido for compressível, a pressão transferida para a roda será menor do que a aplicada. Pode até ser zero. Portanto, o fluido de freio deve ser incompressível por natureza.
podemos rapidamente identificar estes tipos de fluxo de fluido com a ajuda do Número de Mach. Ele é definido como:
Ma= V/Vs
- Vs= Velocidade do Som no fluido
- V= Velocidade do fluido
| 0<=Ma<0.33 | Incompressível fluxo |
| Ma>0.33 | fluxo Compressível |
5. Fluxo viscoso e não viscoso:
no fluxo viscoso, as partículas de fluido experimentam viscosidade entre as camadas subsequentes e, portanto, ocorre movimento relativo entre a camada de partículas de fluido. No fluxo não viscoso, as partículas de fluido não experimentam nenhuma viscosidade entre as camadas subsequentes e, portanto, não há movimento relativo entre as partículas de fluido.
6. Fluxo externo e interno:
fluxo de fluido interno
a presença da parede determina esse tipo de padrão de fluxo. O fluxo completamente limitado por um corpo sólido é chamado de fluxo interno ou fluxo de duto.
Se qualquer corpo Sólido não ligado o Fluxo, ele é chamado de Fluxo Externo. Por exemplo, o fluxo sobre um automóvel é chamado de fluxo externo, que é visualizado com a ajuda de Softwares e teste de túnel de vento. O fluxo dentro de um tubo circular é fluxo interno e pode ser facilmente visualizado com a ajuda de Softwares e experimentos de laboratório simples.
7. Fluxo Laminar e turbulento
no fluxo Laminar, as partículas fluidas se movem em diferentes camadas e não se misturam macroscopicamente. Nesse tipo de fluxo de fluido, podemos prever o padrão de fluxo em um determinado instante de tempo. Todas as camadas subsequentes são paralelas entre si no fluxo.
em fluxo turbulento, as partículas de fluido se misturam e o fluxo se torna Aleatório. O padrão de fluxo não pode ser previsto com precisão em um determinado instante de tempo neste tipo de fluxo. A formação de redemoinhos ocorre, o que leva a uma grande quantidade de perda de energia.
o número de Reynolds é usado para prever o fluxo, ou seja, se é turbulento e Laminar. A fórmula é dada por:
Re= V*L/µ
Onde,
- Re = número de Reynolds
- V= Velocidade do fluido
- L= Características comprimento do Objeto em que o fluxo está ocorrendo
- µ= Coeficiente de Viscosidade
Para o Fluxo Interno,
| 0<=Re<=2000 | de Fluxo Laminar |
| 2000<Re<=4000 | Transição Laminar para turbulento |
| 4000<Re | Fluxo Turbulento |
Para o Fluxo Externo,
| 0<=Re<=100000 | de Fluxo Laminar |
| 100000<Re<=500000 | Transição Laminar para turbulento |
| 500000<Re | Fluxo Turbulento |
8. Fluxo de fluido 1-D, 2-D e 3-D:
no tipo 1-D de fluxo de fluido, parâmetros de fluido como velocidade são a função do tempo e apenas uma coordenada espacial.
nos tipos 2-D de fluxo de fluido, parâmetros de fluido como velocidade são a função do tempo e duas coordenadas espaciais.
no fluxo de fluido 3-D, parâmetros de fluido como velocidade são a função do tempo e todas as três coordenadas espaciais.
| 1-D o Fluxo de fluido | u= f(x,t), v=0 e w=0 |
| 2-D o Fluxo de fluido | u= f(x,y,t), v=g(x,y,t), w=0 |
| 3-D o Fluxo de fluido | u= f(x,y,z,t), v=g(x,y,z,t), w=h(x,y,z,t) |
perguntas frequentes
P. 1. Qual é a diferença entre fluido compressível e fluxo compressível?Resposta-o fluido compressível fala sobre o fluido e sua variação de densidade, enquanto o fluxo compressível fala apenas sobre o fluido em movimento e a variação de densidade do fluido em movimento. O fluido pode ter uma densidade constante durante condições estáticas e densidade variável durante condições dinâmicas. O número Mach determina se o fluxo é compressível ou não. Não decide as características do fluido.
Q. 2. Que tipo de fluxo de fluido é considerado no regime de transição?
resposta – depende da situação e da condição do seu computador. Se você tem um valor próximo a turbulento em regime de transição e tem um excelente computador para simulação, vá para turbulento. Se não, então vá para Laminar.
Q. 3. É o fluxo de ar passado através do carro é o fluxo externo e interno
resposta – se analisarmos o arrasto aerodinâmico de um carro, é o fluxo externo. Há uma quantidade de ar que entra no carro. Uma vez que é limitado por sólido, portanto, pode ser considerado como fluxo interno.
Q. 4. Qual é o nome da lei aplicada na aplicação do fluido de freio?
resposta-o nome da lei é lei Pascals. Afirma que, para um fluido incompressível, a pressão é transferida igualmente em toda a direção.
Q. 5. Por que a linha do tempo não é mencionada em um fluxo constante e instável?
resposta-não há conceito de cronograma para fluxo constante, uma vez que os parâmetros do fluido não dependem do tempo.
Q. 6. O que é bomba?
Answer-Pump é um agente externo que é usado no movimento do fluido, contra sua direção natural de fluxo. Por exemplo, a bomba é usada na Usina de vapor para tirar a água do condensador para a caldeira a uma altura.
Q. 7. O que é Tensão de cisalhamento?
resposta-tensão de cisalhamento é a tensão desenvolvida pela força aplicada tangencialmente ao objeto, na qual a força é aplicada.
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