Os problemas de caudal de gás custam aos fabricantes milhares de milhões de euros por ano em desperdício de energia e falhas no sistema. Os engenheiros aplicam frequentemente princípios de caudal de líquidos a sistemas de gás, o que leva a erros de cálculo catastróficos. A compreensão dos princípios do caudal de gás evita erros de conceção dispendiosos e riscos de segurança.
O princípio do fluxo de gás é regido pela equação da continuidade, conservação do momento e conservação da energia, onde a velocidade, pressão, densidade e temperatura do gás interagem através de escoamento compressível1 fundamentalmente diferentes das equações do escoamento de líquidos incompressíveis.
Há dois anos, trabalhei com uma engenheira química britânica chamada Sarah Thompson, cujo sistema de distribuição de gás natural registava flutuações de pressão perigosas. A sua equipa estava a utilizar cálculos de caudal incompressível para caudal de gás compressível. Depois de implementar os princípios corretos do fluxo de gás, eliminámos os picos de pressão e reduzimos o consumo de energia em 35%.
Índice
- Quais são os princípios fundamentais que regem o fluxo de gás?
- Como é que as equações do escoamento compressível diferem do escoamento de líquidos?
- Que factores afectam o comportamento do fluxo de gás em sistemas industriais?
- Como é que a pressão, a temperatura e a velocidade interagem no fluxo de gás?
- Quais são os diferentes tipos de regimes de fluxo de gás?
- Como calcular e otimizar o caudal de gás em aplicações industriais?
- Conclusão
- Perguntas frequentes sobre os princípios do fluxo de gás
Quais são os princípios fundamentais que regem o fluxo de gás?
O fluxo de gás funciona segundo três leis de conservação fundamentais que regem todo o movimento dos fluidos, mas com caraterísticas únicas devido à compressibilidade do gás e às variações de densidade.
Os princípios do fluxo de gás baseiam-se na conservação da massa (equação da continuidade), na conservação do momento (segunda lei de Newton) e na conservação da energia (primeira lei da termodinâmica), modificada para o comportamento de fluidos compressíveis.
Conservação da massa (equação da continuidade)
A equação da continuidade para o escoamento de gás tem em conta as alterações de densidade que ocorrem devido a variações de pressão e temperatura, ao contrário dos líquidos incompressíveis.
Equação de continuidade do fluxo de gás:
∂ρ/∂t + ∇-(ρV) = 0
Para um fluxo constante: ρ₁A₁V₁ = ρ₂A₂V₂
Onde:
- ρ = Densidade do gás (varia com a pressão e a temperatura)
- A = Área da secção transversal
- V = Velocidade do gás
- t = Tempo
Principais implicações:
- A densidade do gás varia com a pressão e a temperatura
- O caudal mássico permanece constante em fluxo constante
- A velocidade aumenta com a diminuição da densidade
- As alterações de área afectam tanto a velocidade como a densidade
Conservação do Momentum
A conservação do momento no escoamento de gás considera as forças de pressão, as forças viscosas e as forças do corpo que actuam no fluido compressível.
Equação do momento (Navier-Stokes2):
ρ(∂V/∂t + V-∇V) = -∇p + μ∇²V + ρg
Para aplicações de caudal de gás:
- O termo do gradiente de pressão domina no escoamento a alta velocidade
- Efeitos viscosos importantes perto de paredes e em escoamento laminar
- Os efeitos de compressibilidade tornam-se significativos acima de Mach 0,3
Conservação da energia
A conservação de energia para o fluxo de gás inclui a energia cinética, a energia potencial, a energia interna e o trabalho de fluxo, tendo em conta as alterações de temperatura devidas à compressão e expansão.
Equação de energia:
h + V²/2 + gz = constante (ao longo da linha de fluxo)
Onde:
- h = Entalpia específica (inclui energia interna e trabalho de fluxo)
- V²/2 = Energia cinética por unidade de massa
- gz = Energia potencial por unidade de massa
Considerações sobre energia:
| Forma de energia | Impacto do fluxo de gás | Magnitude típica |
|---|---|---|
| Energia cinética | Significativo a altas velocidades | V²/2 |
| Energia de pressão | Dominante na maioria das aplicações | p/ρ |
| Energia interna | Alterações com a temperatura | CᵥT |
| Trabalho de fluxo | Necessário para o movimento do gás | pv |
Equação de estado
O fluxo de gás requer uma equação de estado para relacionar pressão, densidade e temperatura, normalmente a lei do gás ideal para a maioria das aplicações industriais.
Lei do gás ideal:
p = ρRT
Onde:
- p = Pressão absoluta
- ρ = Densidade do gás
- R = Constante específica dos gases
- T = Temperatura absoluta
Para gases reais, podem ser necessárias equações de estado mais complexas, como as equações de van der Waals ou de Redlich-Kwong.
Como é que as equações do escoamento compressível diferem do escoamento de líquidos?
O fluxo de gás compressível apresenta um comportamento fundamentalmente diferente do fluxo de líquido incompressível, exigindo métodos de análise e considerações de projeto especializados.
O fluxo compressível difere através de variações de densidade, limitações de velocidade sónica, formação de ondas de choque e acoplamento temperatura-pressão que não ocorrem em sistemas de fluxo de líquidos incompressíveis.
Efeitos da variação da densidade
A densidade do gás muda significativamente com a pressão e a temperatura, afectando os padrões de fluxo, as distribuições de velocidade e os requisitos de conceção do sistema.
Impactos da alteração da densidade:
- Velocidade Aceleração: O gás acelera à medida que se expande
- Queda de pressão: Relações não lineares entre pressão e caudal
- Efeitos da temperatura: Densidade inversamente proporcional à temperatura
- Fluxo estrangulado: Limitações do caudal máximo
Velocidade sónica e número Mach
O comportamento do fluxo de gás muda drasticamente à medida que a velocidade se aproxima da velocidade do som, criando limitações críticas de projeto não presentes nos sistemas líquidos.
Cálculo da velocidade sónica:
a = √(γRT)
Onde:
- a = Velocidade do som no gás
- γ = Rácio de calor específico (Cp/Cv)
- R = Constante específica dos gases
- T = Temperatura absoluta
Número Mach3 Importância:
M = V/a (Relação entre a velocidade e a velocidade sónica)
| Gama Mach | Regime de caudal | Caraterísticas |
|---|---|---|
| M < 0.3 | Incompressível | Densidade essencialmente constante |
| 0.3 < M < 1.0 | Subsónico Compressível | Alterações significativas de densidade |
| M = 1.0 | Sónico | Condições críticas de fluxo |
| M > 1.0 | Supersónico | Possibilidade de ondas de choque |
Fenómeno de fluxo estrangulado
Fluxo estrangulado4 ocorre quando a velocidade do gás atinge condições sónicas, limitando o caudal máximo independentemente da redução da pressão a jusante.
Condições de fluxo estrangulado:
- Caudal mássico máximo atingido
- As alterações de pressão a jusante não afectam o caudal a montante
- Rácio de pressão crítica: p₂/p₁ ≈ 0,53 para o ar
- Comum em bicos, orifícios e válvulas de controlo
Acoplamento temperatura-pressão
O fluxo de gás envolve alterações significativas de temperatura devido à expansão e compressão, afectando o desempenho e a conceção do sistema.
Processos termodinâmicos:
- Escoamento isentrópico: Processo reversível e adiabático
- Fluxo isotérmico: Temperatura constante (fluxo lento com transferência de calor)
- Fluxo adiabático: Sem transferência de calor (fluxo rápido)
- Fluxo Politrópico: Caso geral com transferência de calor
Que factores afectam o comportamento do fluxo de gás em sistemas industriais?
Vários factores influenciam o comportamento do fluxo de gás em aplicações industriais, exigindo uma análise abrangente para uma conceção e funcionamento adequados do sistema.
Os principais factores incluem as propriedades do gás, a geometria do sistema, as condições de funcionamento, os efeitos da transferência de calor e o atrito da parede que, coletivamente, determinam os padrões de fluxo, as quedas de pressão e o desempenho do sistema.
Propriedades do gás Impacto
Diferentes gases apresentam caraterísticas de fluxo variáveis com base nas suas propriedades moleculares, rácios de calor específico e comportamento termodinâmico.
Propriedades críticas dos gases:
| Imóveis | Símbolo | Impacto no fluxo | Valores típicos |
|---|---|---|---|
| Rácio de calor específico | γ | Velocidade sónica, expansão | 1,4 (ar), 1,3 (CO₂) |
| Constante de gás | R | Relação densidade-pressão | 287 J/kg-K (ar) |
| Viscosidade | μ | Perdas por fricção | 1,8×10-⁵ Pa-s (ar) |
| Peso molecular | M | Densidade em determinadas condições | 29 kg/kmol (ar) |
Efeitos da geometria do sistema
O diâmetro, o comprimento, os acessórios e as alterações da área de fluxo da tubagem afectam significativamente os padrões de fluxo de gás e as perdas de pressão.
Considerações sobre a geometria:
- Diâmetro do tubo: Afecta a velocidade e as perdas por fricção
- Comprimento: Determina a queda de pressão de fricção total
- Alterações de área: Criar efeitos de aceleração/desaceleração
- Acessórios: Causar perdas de pressão locais
- Rugosidade da superfície: Influencia o fator de atrito
Pressão e temperatura de funcionamento
As condições de funcionamento do sistema afectam diretamente a densidade do gás, a viscosidade e o comportamento do fluxo através de relações termodinâmicas.
Efeitos das condições de funcionamento:
- Alta pressão: Aumenta a densidade, reduz os efeitos de compressibilidade
- Baixa pressão: Diminui a densidade, aumenta a velocidade
- Alta temperatura: Reduz a densidade, aumenta a velocidade sónica
- Baixa temperatura: Aumenta a densidade, pode provocar condensação
Efeitos da transferência de calor
A adição ou remoção de calor durante o fluxo de gás afecta significativamente as distribuições de temperatura, densidade e pressão.
Cenários de transferência de calor:
- Aquecimento: Aumenta a temperatura, reduz a densidade, acelera o fluxo
- Arrefecimento: Diminui a temperatura, aumenta a densidade, desacelera o fluxo
- Adiabático: Não há transferência de calor, a temperatura muda devido à expansão/compressão
- Isotérmico: Temperatura constante mantida através da transferência de calor
Impacto de fricção da parede
O atrito entre o gás e as paredes do tubo cria perdas de pressão e afecta os perfis de velocidade, o que é particularmente importante em condutas longas.
Cálculo da perda por fricção:
Δp = f × (L/D) × (ρV²/2)
Onde:
- f = Fator de atrito (função do número de Reynolds e da rugosidade)
- L = Comprimento do tubo
- D = Diâmetro do tubo
- ρ = Densidade do gás
- V = Velocidade do gás
Como é que a pressão, a temperatura e a velocidade interagem no fluxo de gás?
A interação entre pressão, temperatura e velocidade no fluxo de gás cria relações complexas que devem ser compreendidas para uma conceção e análise adequadas do sistema.
As interações do fluxo de gás seguem relações termodinâmicas em que as alterações de pressão afectam a temperatura e a densidade, as alterações de velocidade afectam a pressão através de efeitos de momento e as alterações de temperatura afectam todas as outras propriedades através da equação de estado.
Relações pressão-velocidade
A velocidade e a pressão do gás estão inversamente relacionadas através da equação de Bernoulli modificada para o fluxo compressível, criando desafios de conceção únicos.
Equação de Bernoulli modificada para o escoamento de gases:
∫dp/ρ + V²/2 + gz = constante
Para gás ideal: γ/(γ-1) × (p/ρ) + V²/2 = constante
Efeitos de pressão-velocidade:
- Queda de pressão: Causa um aumento de velocidade devido à expansão do gás
- Aumento da velocidade: Pode causar uma queda de pressão adicional devido a efeitos de impulso
- Aceleração: Ocorre naturalmente quando o gás se expande através do sistema
- Desaceleração: Requer aumento de pressão ou expansão de área
Acoplamento temperatura-velocidade
A temperatura e a velocidade do gás estão associadas através da conservação da energia, com as alterações de temperatura a afectarem as propriedades do gás e o comportamento do fluxo.
Relações entre temperatura e velocidade:
T₀ = T + V²/(2Cp)
Onde:
- T₀ = Temperatura de estagnação (total)
- T = Temperatura estática
- V = Velocidade do gás
- Cp = Calor específico a pressão constante
Implicações práticas:
- O fluxo de gás de alta velocidade reduz a temperatura estática
- A temperatura de estagnação permanece constante num fluxo adiabático
- As alterações de temperatura afectam a densidade e a viscosidade do gás
- O arrefecimento pode provocar a condensação de alguns gases
Efeitos pressão-temperatura
A pressão e a temperatura interagem através da equação de estado e dos processos termodinâmicos, afectando a densidade do gás e as caraterísticas do fluxo.
Relações Termodinâmicas de Processos:
| Tipo de processo | Relação pressão-temperatura | Aplicação |
|---|---|---|
| Isentrópico | p/p₀ = (T/T₀)^(γ/(γ-1)) | Bicos, difusores |
| Isotérmico | pV = constante, T = constante | Fluxo lento com transferência de calor |
| Isobárico | p = constante | Aquecimento a pressão constante |
| Isocórico | V = constante | Aquecimento de volume constante |
Variações de densidade
A densidade do gás varia com a pressão e a temperatura de acordo com a lei do gás ideal, criando um comportamento de fluxo complexo.
Cálculo da densidade:
ρ = p/(RT)
Efeitos da densidade no fluxo:
- Alta densidade: Velocidade mais baixa para um determinado caudal mássico
- Baixa densidade: Maior velocidade, potenciais efeitos de compressibilidade
- Gradientes de densidade: Criar efeitos de flutuação e de mistura
- Alterações de densidade: Afetar a transferência de energia e de momento
Ajudei recentemente um engenheiro de gás natural americano chamado Robert Chen, no Texas, a otimizar o seu sistema de condutas. Tendo em conta as interações temperatura-pressão-velocidade, reduzimos a energia de bombagem em 28% e aumentámos a capacidade de produção em 15%.
Quais são os diferentes tipos de regimes de fluxo de gás?
O fluxo de gás apresenta diferentes regimes com base na velocidade, condições de pressão e geometria do sistema, cada um exigindo métodos de análise e considerações de projeto específicos.
Os regimes de fluxo de gás incluem fluxos laminares, turbulentos, subsónicos, sónicos e supersónicos, cada um caracterizado por diferentes perfis de velocidade, relações de pressão e caraterísticas de transferência de calor.
Escoamento laminar vs. turbulento
O fluxo de gás transita de laminar para turbulento com base em Número de Reynolds5que afectam as perdas de pressão, a transferência de calor e as caraterísticas da mistura.
Número de Reynolds para escoamento de gás:
Re = ρVD/μ
Onde:
- ρ = Densidade do gás (varia com a pressão e a temperatura)
- V = Velocidade média
- D = Diâmetro do tubo
- μ = Viscosidade dinâmica
Classificações de regimes de caudal:
| Número de Reynolds | Regime de caudal | Caraterísticas |
|---|---|---|
| Re < 2300 | Laminar | Fluxo suave e previsível |
| 2300 < Re < 4000 | Transição | Comportamento instável e misto |
| Re > 4000 | Turbulento | Mistura caótica e melhorada |
Regime de escoamento subsónico
O fluxo subsónico ocorre quando a velocidade do gás é inferior à velocidade local do som, permitindo que as perturbações de pressão se propaguem para montante.
Caraterísticas do escoamento subsónico:
- Número Mach: M < 1.0
- Propagação da pressão: As perturbações deslocam-se para montante
- Controlo do fluxo: As condições a jusante afectam todo o sistema
- Alterações de densidade: Moderado, variações previsíveis
- Flexibilidade de conceção: Várias soluções possíveis
Aplicações de fluxo subsónico:
- A maioria dos sistemas de distribuição de gás industrial
- Sistemas AVAC e de ventilação
- Sistemas pneumáticos de baixa pressão
- Equipamento para processos químicos
- Manuseamento de gás em centrais eléctricas
Fluxo sónico (fluxo estrangulado)
O fluxo sónico ocorre quando a velocidade do gás é igual à velocidade local do som, criando condições de fluxo críticas com caraterísticas únicas.
Propriedades do fluxo sónico:
- Número Mach: M = 1,0 exatamente
- Caudal máximo de massa: Não pode ser excedido
- Independência de pressão: A pressão a jusante não afecta o caudal
- Rácio de pressão crítica: Normalmente, cerca de 0,53 para o ar
- Efeitos da temperatura: Queda significativa de temperatura
Aplicações de fluxo sónico:
- Bicos de turbinas a gás
- Válvulas de segurança
- Dispositivos de medição de caudal
- Bicos de motores de foguetões
- Reguladores de gás de alta pressão
Regime de escoamento supersónico
O fluxo supersónico ocorre quando a velocidade do gás excede a velocidade do som, criando ondas de choque e fenómenos de fluxo únicos.
Caraterísticas do escoamento supersónico:
- Número Mach: M > 1.0
- Ondas de choque: Mudanças bruscas de pressão e temperatura
- Direção do fluxo: A informação não pode viajar a montante
- Ondas de expansão: Reduções de pressão suaves
- Complexidade da conceção: Requer uma análise especializada
Tipos de ondas de choque:
| Tipo de choque | Caraterísticas | Aplicações |
|---|---|---|
| Choque normal | Perpendicular ao fluxo | Difusores, entradas |
| Choque oblíquo | Inclinado na direção do fluxo | Aviões supersónicos |
| Ventilador de expansão | Redução gradual da pressão | Conceção do bocal |
Fluxo Hipersónico
O escoamento hipersónico ocorre a números de Mach muito elevados (normalmente M > 5), onde os efeitos adicionais se tornam importantes.
Efeitos hipersónicos:
- Efeitos reais do gás: A lei dos gases ideais não funciona
- Reacções químicas: Dissociação e ionização
- Transferência de calor: Efeitos extremos de aquecimento
- Efeitos viscosos: Interações da camada limite
Como calcular e otimizar o caudal de gás em aplicações industriais?
Os cálculos do fluxo de gás requerem métodos especializados que tenham em conta os efeitos da compressibilidade, enquanto a otimização se centra na minimização do consumo de energia e na maximização do desempenho do sistema.
Os cálculos do caudal de gás utilizam equações de caudal compressível, correlações de factores de fricção e relações termodinâmicas, enquanto a otimização envolve o dimensionamento da tubagem, a seleção do nível de pressão e a configuração do sistema para minimizar os custos de energia.
Cálculos básicos de caudal de gás
Os cálculos do fluxo de gás começam com equações fundamentais modificadas para efeitos de fluxo compressível e propriedades reais do gás.
Cálculo do caudal mássico:
ṁ = ρAV = (p/RT)AV
Para caudal estrangulado através de um orifício:
ṁ = CdA√(γρp)[2/(γ+1)]^((γ+1)/(2(γ-1)))
Onde:
- Cd = Coeficiente de descarga
- A = Área do orifício
- γ = Rácio de calor específico
- ρ = Densidade a montante
- p = Pressão a montante
Cálculos de queda de pressão
Os cálculos de queda de pressão para o caudal de gás devem ter em conta os efeitos de aceleração devidos à expansão do gás, para além das perdas por fricção.
Componentes de queda de pressão total:
- Queda de pressão de fricção: Devido à tensão de cisalhamento da parede
- Aceleração Queda de pressão: Devido ao aumento da velocidade
- Queda de pressão de elevação: Devido a efeitos gravitacionais
- Queda de pressão do encaixe: Devido a perturbações do fluxo
Fórmula da queda de pressão por fricção:
Δpf = f(L/D)(ρV²/2)
Queda de pressão de aceleração:
Δpa = ρ₂V₂² - ρ₁V₁² (para alterações de área)
Análise do fluxo de tubagens
A análise de condutas longas requer cálculos iterativos devido à alteração das propriedades do gás ao longo do comprimento da conduta.
Etapas de cálculo do gasoduto:
- Dividir Pipeline: Em segmentos com propriedades constantes
- Calcular propriedades do segmento: Pressão, temperatura, densidade
- Determinar o regime de caudal: Laminar ou turbulento
- Calcular a queda de pressão: Para cada segmento
- Atualizar propriedades: Para o segmento seguinte
- Iterar: Até se atingir a convergência
Equação simplificada do gasoduto:
p₁² - p₂² = (fLṁ²RT)/(A²Dρ₀)
Onde:
- p₁, p₂ = Pressões de entrada e de saída
- f = Fator de atrito médio
- L = Comprimento da conduta
- ṁ = Caudal mássico
- R = Constante do gás
- T = Temperatura média
- A = Área do tubo
- D = Diâmetro do tubo
- ρ₀ = Densidade de referência
Estratégias de otimização do sistema
A otimização do sistema de fluxo de gás equilibra os custos de capital, os custos de funcionamento e os requisitos de desempenho para atingir um custo mínimo do ciclo de vida.
Parâmetros de otimização:
| Parâmetro | Impacto no sistema | Estratégia de otimização |
|---|---|---|
| Diâmetro do tubo | Custo de capital vs. queda de pressão | Cálculo do diâmetro económico |
| Pressão de funcionamento | Custo da compressão vs. custo da tubagem | Otimização do nível de pressão |
| Faseamento do compressor | Eficiência vs. complexidade | Otimização do número de fases |
| Tamanho do permutador de calor | Recuperação de calor vs. custo de capital | Troca de calor económica |
Dimensionamento económico de tubos
O dimensionamento económico da tubagem equilibra o custo de capital da tubagem com os custos de energia da bombagem durante a vida útil do sistema.
Fórmula do Diâmetro Económico:
D_económico = K(ṁ/ρ)^0.37
Em que K depende de:
- Custo da energia
- Custo dos tubos
- Vida útil do sistema
- Taxa de juro
- Horas de funcionamento por ano
Medição e controlo do caudal
A medição e o controlo precisos do fluxo de gás exigem a compreensão dos efeitos do fluxo compressível nos dispositivos de medição.
Considerações sobre a medição de caudal:
- Placas de orifício: Exigir correcções de compressibilidade
- Medidores Venturi: Menos sensível à compressibilidade
- Medidores de turbina: Afetado por alterações da densidade do gás
- Medidores ultra-sónicos: Necessita de compensação de temperatura
- Medidores Coriolis: Medição direta do caudal mássico
Dinâmica de fluidos computacional (CFD)
Os sistemas complexos de fluxo de gás beneficiam da análise CFD para otimizar o desempenho e prever o comportamento em várias condições de funcionamento.
Aplicações CFD:
- Geometrias complexas: Formas e acessórios irregulares
- Transferência de calor: Análise térmica e de caudal combinada
- Análise de mistura: Variações na composição do gás
- Otimização: Estudos de parâmetros de projeto
- Resolução de problemas: Identificar problemas de fluxo
Trabalhei recentemente com um engenheiro petroquímico canadiano chamado David Wilson, em Alberta, cuja fábrica de processamento de gás tinha problemas de eficiência. Utilizando a análise CFD combinada com cálculos adequados do fluxo de gás, identificámos zonas de recirculação que estavam a causar um desperdício de energia de 20%. Após a implementação de modificações no projeto, o consumo de energia diminuiu 18%, aumentando simultaneamente a capacidade de processamento.
Conclusão
Os princípios do escoamento de gás regem o comportamento de fluidos compressíveis através de leis de conservação modificadas para variações de densidade, exigindo métodos de análise especializados que tenham em conta as interações pressão-temperatura-velocidade e os efeitos de compressibilidade fundamentalmente diferentes dos sistemas de escoamento de líquidos.
Perguntas frequentes sobre os princípios do fluxo de gás
Qual é o princípio fundamental do fluxo de gás?
O fluxo de gás funciona com base na conservação da massa, do momento e da energia, modificada para um comportamento de fluido compressível em que a densidade do gás varia com a pressão e a temperatura, criando interações velocidade-pressão-temperatura.
Como é que o fluxo de gás difere do fluxo de líquido?
O fluxo de gás envolve alterações significativas de densidade, limitações de velocidade sónica, acoplamento temperatura-pressão e fenómenos de fluxo estrangulado que não ocorrem em sistemas de fluxo de líquidos incompressíveis.
O que é o caudal estrangulado nos sistemas de gás?
O caudal estrangulado ocorre quando a velocidade do gás atinge condições sónicas (Mach = 1,0), limitando o caudal mássico máximo independentemente da redução da pressão a jusante, o que ocorre normalmente em bocais e válvulas de controlo.
Como se calcula o caudal de gás?
O cálculo do caudal de gás utiliza a equação ṁ = ρAV, em que a densidade varia com a pressão e a temperatura de acordo com a lei do gás ideal, exigindo soluções iterativas para sistemas complexos.
Que factores afectam o comportamento do fluxo de gás?
Os principais factores incluem as propriedades do gás (peso molecular, rácio de calor específico), a geometria do sistema (diâmetro do tubo, acessórios), as condições de funcionamento (pressão, temperatura) e os efeitos da transferência de calor.
Porque é que o número de Mach é importante no fluxo de gás?
O número de Mach (velocidade/velocidade sónica) determina as caraterísticas do regime de escoamento: o escoamento subsónico (M1) gera ondas de choque.
-
Explica a diferença fundamental entre o escoamento compressível, em que a densidade do fluido se altera significativamente com a pressão, e o escoamento incompressível, em que a densidade é considerada constante, uma distinção fundamental entre a dinâmica dos gases e dos líquidos. ↩
-
Fornece uma visão geral das equações de Navier-Stokes, um conjunto de equações diferenciais parciais que são a base da mecânica dos fluidos, descrevendo o movimento de substâncias fluidas viscosas com base na conservação do momento. ↩
-
Oferece uma definição pormenorizada do número de Mach, uma grandeza adimensional na dinâmica dos fluidos que representa a relação entre a velocidade do fluxo que passa por uma fronteira e a velocidade local do som, que é utilizada para classificar os regimes de fluxo. ↩
-
Descreve o fenómeno do escoamento estrangulado, uma condição limite no escoamento compressível em que o caudal mássico não aumenta com uma diminuição adicional da pressão a jusante, uma vez que a velocidade no ponto mais estreito atingiu a velocidade do som. ↩
-
Explica o número de Reynolds, uma quantidade sem dimensão crucial na mecânica dos fluidos utilizada para prever padrões de fluxo, ajudando a distinguir entre regimes de fluxo laminar (suave) e turbulento (caótico). ↩
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