Introdução à Mecânica dos Fluídos

Objetivos

Introdução à ciência da mecânica dos fluidos a partir de primeiros princípios da física clássica.

Programa

Meio contínuo. Densidade, velocidade, e energia interna. Equações da termodinâmica. Teorema de Leibnitz; Cinemática do movimento num fluido: ponto de vista Lagrangeano e Euleriano, derivada material. Taxa de deformação e taxa de expansão. Função de corrente e potencial de velocidade; Equação da continuidade e da quantidade de movimento, pressão e tensor das tensões viscosas. Forma diferencia e integral das equações da continuidade, quantidade de movimento, momento angular e energia; Fluidos Newtonianos e as equações de Navier-Stokes. Equação de Bernoulli. Escoamento de Couette; Análise dimensional. Teorema dos Pis. Camadas limites e introdução à teoria dos perfis alares: escoamento de Blasius sobre uma placa plana lisa, espessura de deslocamento, Separação de camada limite. Introdução aos escoamentos turbulentos. Camada limite turbulenta.

Pré Requisitos

Conhecimentos básicos de Análise Matemática (cálculo integral e equações diferenciais) e Mecânica clássica. Aprovação em Fenómenos de Transporte ou UC equivalente.

Competências Transversais

Planeamento do trabalho laboratorial: preparação e discussão com o grupo e o corpo docente da estratégia de execução do trabalho. Gestão do tempo: tratamento de dados no laboratório dentro da moldura temporal estabelecida. Trabalho em equipa: planeamento, aquisição e tratamento de dados em grupo a ser encorajada. Comunicação e apresentação de resultados: na última sessão, cada grupo deverá fazer apresentação oral de um trabalho, para todos os colegas, que deverão discutir e avaliar a apresentação. Valorização: 20% da componente laboratorial. A participação nas aulas teorico-práticas será também contabilizada (modelo a estabelecer).

Componente Laboratorial

Realização de um ensaio laboratorial seguido de resolução de problemas espeçíficos pedidos pelo corpo docente: ensaio do jacto cirular com a análise do escoamento e/ou resolução de um problema neste escoamento.

Componente de Programação

Exemplo de problemas numéricos a resolver pelos alunos: desenvolvimento de um código para fazer o cálculo de uma camada limite bidimensional usando diferenças finitas e o squema de Crank-Nicholson; utilização do código XFoil para calcular uma camada limite; implementação numérica do método de Von- Kármán-Pohlhausen. À luz do relatório da comissão para as competências em Computação e Programação, este trabalho compreende as competências de Abstração; Automação; Decomposição; Depuração; Generalização e Raciocínio Algorítmico. A avaliação desta componente contribui com 35% da avaliação final da UC

Princípios Éticos

Todos os membros do grupo são responsáveis pelo trabalho do grupo. Em qualquer avaliação, todo o aluno deve divulgar honestamente qualquer ajuda recebida e fontes usadas. Numa Avaliação oral, todo aluno deverá ser capaz de apresentar e responder a perguntas sobre toda a avaliação.