Mecânica dos fluidos/Exercícios resolvidos/E15

Fonte: testwiki
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Enunciado

Deduzir a expressão para o valor do coeficiente de energia cinética para um escoamento turbulento a partir da Lei da Potência.

Solução

De acordo com a definição de coeficiente de energia cinética


α=1ρ0Φv¯2Aρ0v3dA


De acordo com a Lei da Potência,


v=v¯r(2(D2r)D)1n


Como deduzido no exercício E5, a relação entre a velocidade média e a velocidade do escoamento no centro do tubo é


v¯=v¯r2n2(n+1)(2n+1)


e a vazão será


Φ=πD22v¯rn2(n+1)(2n+1)


Assim,


α=1ρ0(πD22v¯rn2(n+1)(2n+1))(v¯r2n2(n+1)(2n+1))2Aρ0(v¯r(2(D2r)D)1n)3dA


α=23n(n+1)3(2n+1)32πD2n6D3n0D2(D2r)3n(2πr)dr


u=D2rα=23n(n+1)3(2n+1)3D2n6D3n0D2u3n(D2u)du


α=23n(n+1)3(2n+1)3D2n6D3n(D20D2u3ndu0D2un+3ndu)


α=23n(n+1)3(2n+1)3D2n6D3n(D2nn+3[un+3n]|0D2n2n+3[u2n+3n]|0D2)


α=23n(n+1)3(2n+1)3D2n6D3n(D2nn+3(D2)n+3nn2n+3(D2)2n+3n)


α=23n(n+1)3(2n+1)3D2n6D3n(D2)2n+3n(nn+3n2n+3)


α=(n+1)3(2n+1)34n6n2(n+3)(2n+3)


α=(n+1)3(2n+1)34n4(n+3)(2n+3)


Para escoamentos plenamente turbulentos,


α=limn((n+1)3(2n+1)34n4(n+3)(2n+3))=1

Predefinição:AutoCat