Os problemas de fluxo de gás custam aos fabricantes bilhões anualmente em desperdício de energia e falhas no sistema. Os engenheiros frequentemente aplicam princípios de fluxo de líquidos a sistemas de gás, levando a erros de cálculo catastróficos. Compreender os princípios de fluxo de gás evita erros de projeto dispendiosos e riscos à segurança.
O princípio do fluxo de gás é regido pela equação de continuidade, conservação do momento e conservação de energia, onde a velocidade, a pressão, a densidade e a temperatura do gás interagem através de fluxo compressível1 equações fundamentalmente diferentes do fluxo de líquidos incompressíveis.
Há dois anos, trabalhei com uma engenheira química britânica chamada Sarah Thompson, cujo sistema de distribuição de gás natural apresentava flutuações de pressão perigosas. Sua equipe estava usando cálculos de fluxo incompressível para fluxo de gás compressível. Após implementar os princípios adequados de fluxo de gás, eliminamos 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 as equações de fluxo compressível diferem do fluxo líquido?
- Quais fatores afetam o comportamento do fluxo de gás em sistemas industriais?
- Como 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 fluxo 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 opera sob três leis fundamentais de conservação que regem todo o movimento dos fluidos, mas com características únicas devido à compressibilidade do gás e às variações de densidade.
Os princípios do fluxo de gás baseiam-se na conservação da massa (equação de continuidade), na conservação do momento (segunda lei de Newton) e na conservação da energia (primeira lei da termodinâmica), modificados para o comportamento de fluidos compressíveis.
Conservação da massa (equação de continuidade)
A equação de continuidade para o fluxo de gás leva em consideração as mudanças de densidade que ocorrem devido às 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 transversal
- V = Velocidade do gás
- t = Tempo
Principais implicações:
- A densidade do gás varia com a pressão e a temperatura
- A taxa de fluxo mássico permanece constante em fluxo estável
- A velocidade aumenta à medida que a densidade diminui.
- As alterações na área afetam tanto a velocidade quanto a densidade.
Conservação do momento
A conservação do momento no fluxo de gás considera as forças de pressão, as forças viscosas e as forças corporais que atuam sobre o fluido compressível.
Equação do momento (Navier-Stokes2):
ρ(∂V/∂t + V·∇V) = -∇p + μ∇²V + ρg
Para aplicações de fluxo de gás:
- O termo gradiente de pressão domina no fluxo de alta velocidade
- Efeitos viscosos importantes perto de paredes e em fluxo laminar
- Os efeitos da compressibilidade tornam-se significativos acima de Mach 0,3.
Conservação de Energia
A conservação de energia para o fluxo de gás inclui energia cinética, energia potencial, energia interna e trabalho de fluxo, levando em consideração as mudanças de temperatura devido à compressão e expansão.
Equação energética:
h + V²/2 + gz = constante (ao longo da linha aerodinâmica)
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:
| Formulário de Energia | Impacto do fluxo de gás | Magnitude típica |
|---|---|---|
| Energia cinética | Significativo em 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 dos gases ideais para a maioria das aplicações industriais.
Lei dos gases ideais:
p = ρRT
Onde:
- p = Pressão absoluta
- ρ = Densidade do gás
- R = Constante específica do gás
- T = Temperatura absoluta
Para gases reais, podem ser necessárias equações de estado mais complexas, como as equações de van der Waals ou Redlich-Kwong.
Como as equações de fluxo compressível diferem do fluxo líquido?
O fluxo de gás compressível apresenta um comportamento fundamentalmente diferente do fluxo de líquido incompressível, exigindo métodos de análise especializados e considerações de projeto.
O fluxo compressível difere devido às variações de densidade, limitações da velocidade sônica, formação de ondas de choque e acoplamento temperatura-pressão, que não ocorrem em sistemas de fluxo de líquidos incompressíveis.
Efeitos da variação de densidade
A densidade do gás muda significativamente com a pressão e a temperatura, afetando os padrões de fluxo, as distribuições de velocidade e os requisitos de projeto do sistema.
Impactos da mudança de densidade:
- Aceleração da velocidadeO gás acelera à medida que se expande.
- Queda de pressão: Relações não lineares entre pressão e fluxo
- Efeitos da temperatura: Densidade inversamente proporcional à temperatura
- Fluxo obstruídoLimitações da vazão máxima
Velocidade sônica e número de 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 que não estão presentes em sistemas líquidos.
Cálculo da velocidade do som:
a = √(γRT)
Onde:
- a = Velocidade do som no gás
- γ = Relação entre calor específico (Cp/Cv)
- R = Constante específica do gás
- T = Temperatura absoluta
Número de Mach3 Significado:
M = V/a (Relação de velocidade em relação à velocidade do som)
| Alcance Mach | Regime de fluxo | Características |
|---|---|---|
| M < 0,3 | Incompressível | Densidade essencialmente constante |
| 0,3 < M < 1,0 | Compressível subsônico | Alterações significativas na densidade |
| M = 1,0 | Sonic | Condições críticas de fluxo |
| M > 1,0 | Supersônico | Possíveis ondas de choque |
Fenômeno de fluxo estrangulado
Fluxo estrangulado4 ocorre quando a velocidade do gás atinge condições sônicas, limitando a vazão máxima independentemente da redução da pressão a jusante.
Condições de fluxo estrangulado:
- Vazão máxima em massa alcançada
- As alterações na pressão a jusante não afetam o fluxo a montante.
- Relação de pressão crítica: p₂/p₁ ≈ 0,53 para o ar
- Comum em bicos, orifícios e válvulas de controle
Acoplamento temperatura-pressão
O fluxo de gás envolve mudanças significativas de temperatura devido à expansão e compressão, afetando o desempenho e o projeto do sistema.
Processos termodinâmicos:
- Fluxo isentrópico: Processo reversível e adiabático
- Fluxo isotérmicoTemperatura constante (fluxo lento com transferência de calor)
- Fluxo adiabáticoSem transferência de calor (fluxo rápido)
- Fluxo politrópico: Caso geral com transferência de calor
Quais fatores afetam o comportamento do fluxo de gás em sistemas industriais?
Vários fatores influenciam o comportamento do fluxo de gás em aplicações industriais, exigindo uma análise abrangente para o projeto e operação adequados do sistema.
Os principais fatores incluem as propriedades do gás, a geometria do sistema, as condições operacionais, os efeitos da transferência de calor e o atrito nas paredes, que, em conjunto, determinam os padrões de fluxo, as quedas de pressão e o desempenho do sistema.
Impacto das propriedades do gás
Diferentes gases apresentam características de fluxo variáveis com base em suas propriedades moleculares, índices de calor específico e comportamento termodinâmico.
Propriedades críticas do gás:
| Propriedade | Símbolo | Impacto no fluxo | Valores típicos |
|---|---|---|---|
| Relação de calor específico | γ | Velocidade do som, expansão | 1,4 (ar), 1,3 (CO₂) |
| Constante dos gases | R | Relação densidade-pressão | 287 J/kg·K (ar) |
| Viscosidade | μ | Perdas por atrito | 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 na área de fluxo dos tubos afetam significativamente os padrões de fluxo de gás e as perdas de pressão.
Considerações geométricas:
- Diâmetro do tubo: Afeta a velocidade e as perdas por atrito
- Comprimento: Determina a queda de pressão total por atrito
- Alterações na áreaCriar efeitos de aceleração/desaceleração
- Acessórios: Causa perdas de pressão locais
- Rugosidade da superfície: Influências do fator de atrito
Pressão e temperatura de operação
As condições operacionais do sistema afetam diretamente a densidade, a viscosidade e o comportamento do fluxo do gás por meio de relações termodinâmicas.
Efeitos das condições operacionais:
- Alta pressão: Aumenta a densidade, reduz os efeitos da compressibilidade
- Baixa pressão: Diminui a densidade, aumenta a velocidade
- Alta temperatura: Reduz a densidade, aumenta a velocidade sônica
- Baixa temperatura: Aumenta a densidade, pode causar condensação
Efeitos da transferência de calor
A adição ou remoção de calor durante o fluxo de gás afeta significativamente as distribuições de temperatura, densidade e pressão.
Cenários de transferência de calor:
- Aquecimento: Aumenta a temperatura, reduz a densidade, acelera o fluxo
- Resfriamento: Diminui a temperatura, aumenta a densidade, desacelera o fluxo
- Adiabático: Sem transferência de calor, mudanças de temperatura devido à expansão/compressão
- IsotérmicoTemperatura constante mantida por meio de transferência de calor
Impacto por atrito na parede
O atrito entre o gás e as paredes dos tubos cria perdas de pressão e afeta os perfis de velocidade, o que é particularmente importante em tubulações longas.
Cálculo da perda por atrito:
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 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 o projeto e a análise adequados do sistema.
As interações do fluxo de gás seguem relações termodinâmicas nas quais as mudanças de pressão afetam a temperatura e a densidade, as mudanças de velocidade afetam a pressão por meio de efeitos de momento e as mudanças de temperatura afetam todas as outras propriedades por meio da equação de estado.
Relações pressão-velocidade
A velocidade e a pressão do gás estão inversamente relacionadas através da equação de Bernoulli modificada para fluxo compressível, criando desafios de projeto únicos.
Equação de Bernoulli modificada para fluxo de gás:
∫dp/ρ + V²/2 + gz = constante
Para gases ideais: γ/(γ-1) × (p/ρ) + V²/2 = constante
Efeitos da pressão-velocidade:
- Queda de pressão: Provoca aumento da velocidade devido à expansão do gás.
- Aumento da velocidadePode causar queda de pressão adicional devido aos efeitos do impulso.
- AceleraçãoOcorre naturalmente à medida que o gás se expande pelo sistema.
- Desaceleração: Requer aumento de pressão ou expansão da área
Acoplamento temperatura-velocidade
A temperatura e a velocidade do gás estão associadas à conservação de energia, com as mudanças de temperatura afetando 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 à pressão constante
Implicações práticas:
- O fluxo de gás em alta velocidade reduz a temperatura estática
- A temperatura de estagnação permanece constante no fluxo adiabático
- As mudanças de temperatura afetam a densidade e a viscosidade do gás.
- O resfriamento pode causar condensação em alguns gases.
Efeitos da pressão e da temperatura
A pressão e a temperatura interagem por meio da equação de estado e dos processos termodinâmicos, afetando a densidade do gás e as características do fluxo.
Relações dos processos termodinâmicos:
| 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 por pressão constante |
| Isochorico | 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 dos gases ideais, criando um comportamento de fluxo complexo.
Cálculo da densidade:
ρ = p/(RT)
Efeitos da densidade no fluxo:
- Alta densidade: Menor velocidade para uma determinada taxa de fluxo de massa
- Baixa densidadeMaior velocidade, efeitos potenciais de compressibilidade
- Gradientes de densidadeCriar efeitos de flutuabilidade e mistura
- Alterações na densidade: Afetar o impulso e a transferência de energia
Recentemente, ajudei um engenheiro americano especializado em gás natural chamado Robert Chen, no Texas, a otimizar seu sistema de gasodutos. Ao levar em consideração adequadamente as interações entre temperatura, pressão e velocidade, reduzimos a energia de bombeamento em 281 TP3T e aumentamos a capacidade de produção em 151 TP3T.
Quais são os diferentes tipos de regimes de fluxo de gás?
O fluxo de gás apresenta diferentes regimes com base na velocidade, nas condições de pressão e na geometria do sistema, cada um exigindo métodos de análise e considerações de projeto específicos.
Os regimes de fluxo de gás incluem fluxo laminar, turbulento, subsônico, sônico e supersônico, cada um caracterizado por diferentes perfis de velocidade, relações de pressão e características de transferência de calor.
Fluxo laminar vs. fluxo turbulento
As transições do fluxo de gás de laminar para turbulento baseiam-se em número de Reynolds5, afetando as perdas de pressão, a transferência de calor e as características de mistura.
Número de Reynolds para fluxo 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 do regime de fluxo:
| Número de Reynolds | Regime de fluxo | Características |
|---|---|---|
| Re < 2300 | Laminar | Fluxo suave e previsível |
| 2300 < Re < 4000 | Transição | Comportamento instável e contraditório |
| Re > 4000 | Turbulento | Mistura caótica e aprimorada |
Regime de fluxo subsônico
O fluxo subsônico ocorre quando a velocidade do gás é inferior à velocidade local do som, permitindo que as perturbações de pressão se propaguem rio acima.
Características do fluxo subsônico:
- Número de Mach: M < 1,0
- Propagação da pressão: As perturbações viajam rio acima
- Controle de fluxoAs condições a jusante afetam todo o sistema.
- Alterações na densidade: Variações moderadas e previsíveis
- Flexibilidade de design: Várias soluções possíveis
Aplicações de fluxo subsônico:
- A maioria dos sistemas de distribuição de gás industrial
- Sistemas de climatização e ventilação
- Sistemas pneumáticos de baixa pressão
- Equipamentos para processos químicos
- Manuseio de gás em usinas de energia
Fluxo sônico (fluxo estrangulado)
O fluxo sônico ocorre quando a velocidade do gás é igual à velocidade local do som, criando condições críticas de fluxo com características únicas.
Propriedades do fluxo sônico:
- Número de MachM = exatamente 1,0
- Fluxo máx. de massaNão pode ser excedido
- Independência da pressãoA pressão a jusante não afeta o fluxo.
- Relação de pressão crítica: Normalmente cerca de 0,53 para o ar
- Efeitos da temperatura: Queda significativa da temperatura
Aplicações do fluxo sônico:
- Bicos para turbinas a gás
- Válvulas de alívio de segurança
- Dispositivos de medição de fluxo
- Bicos de motores de foguete
- Reguladores de gás de alta pressão
Regime de fluxo supersônico
O fluxo supersônico ocorre quando a velocidade do gás excede a velocidade do som, criando ondas de choque e fenômenos de fluxo únicos.
Características do fluxo supersônico:
- Número de Mach: M > 1,0
- Ondas de choque: Mudanças repentinas de pressão e temperatura
- Direção do fluxo: A informação não pode viajar rio acima
- Ondas de expansãoReduções suaves da pressão
- Complexidade do design: Requer análise especializada
Tipos de ondas de choque:
| Tipo de choque | Características | Aplicações |
|---|---|---|
| Choque normal | Perpendicular ao fluxo | Difusores, entradas |
| Choque oblíquo | Inclinado na direção do fluxo | Aeronave supersônica |
| Ventilador de expansão | Redução gradual da pressão | Projeto do bico |
Fluxo hipersônico
O fluxo hipersônico ocorre em números de Mach muito elevados (normalmente M > 5), onde efeitos adicionais se tornam importantes.
Efeitos hipersônicos:
- Efeitos reais do gás: A lei dos gases ideais deixa de se aplicar
- Reações químicas: Dissociação e ionização
- Transferência de calor: Efeitos do aquecimento extremo
- Efeitos viscosos: Interações da camada limite
Como calcular e otimizar o fluxo de gás em aplicações industriais?
Os cálculos do fluxo de gás requerem métodos especializados que levem em conta os efeitos da compressibilidade, enquanto a otimização se concentra em minimizar o consumo de energia e maximizar o desempenho do sistema.
Os cálculos do fluxo de gás utilizam equações de fluxo compressível, correlações do fator de atrito e relações termodinâmicas, enquanto a otimização envolve o dimensionamento dos tubos, a seleção do nível de pressão e a configuração do sistema para minimizar os custos de energia.
Cálculos básicos do fluxo de gás
Os cálculos do fluxo de gás começam com equações fundamentais modificadas para efeitos de fluxo compressível e propriedades reais do gás.
Cálculo da taxa de fluxo mássico:
ṁ = ρAV = (p/RT)AV
Para fluxo 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 = Relação de calor específico
- ρ = Densidade a montante
- p = Pressão a montante
Cálculos de queda de pressão
Os cálculos da queda de pressão para o fluxo de gás devem levar em conta os efeitos da aceleração devido à expansão do gás, além das perdas por atrito.
Componentes da queda de pressão total:
- Queda de pressão por atritoDevido à tensão de cisalhamento na parede
- Queda de pressão de aceleraçãoDevido ao aumento da velocidade
- Queda de pressão por elevaçãoDevido aos efeitos gravitacionais
- Queda de pressão de encaixe: Devido a distúrbios no fluxo
Fórmula da queda de pressão por atrito:
Δpf = f(L/D)(ρV²/2)
Queda de pressão de aceleração:
Δpa = ρ₂V₂² – ρ₁V₁² (para alterações de área)
Análise de fluxo de tubulação
A análise de tubulações longas requer cálculos iterativos devido às mudanças nas propriedades do gás ao longo do comprimento da tubulação.
Etapas do cálculo do pipeline:
- Divida o Pipeline: Em segmentos com propriedades constantes
- Calcular propriedades do segmentoPressão, temperatura, densidade
- Determinar o regime de fluxo: Laminar ou turbulento
- Calcular a queda de pressão: Para cada segmento
- Atualizar propriedades: Para o próximo segmento
- IterarAté que a convergência seja alcançada
Equação simplificada do pipeline:
p₁² – p₂² = (fLṁ²RT)/(A²Dρ₀)
Onde:
- p₁, p₂ = Pressões de entrada e saída
- f = Fator médio de atrito
- L = Comprimento da tubulação
- ṁ = Taxa de fluxo mássico
- R = Constante dos gases
- 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 operacionais e os requisitos de desempenho para alcançar o custo mínimo do ciclo de vida.
Parâmetros de otimização:
| Parâmetro | Impacto no sistema | Estratégia de otimização |
|---|---|---|
| Diâmetro do tubo | Custo de capital versus queda de pressão | Cálculo do diâmetro econômico |
| Pressão de Operação | Custo da compressão vs. custo do tubo | Otimização do nível de pressão |
| Estágio do compressor | Eficiência versus complexidade | Otimização do número de etapas |
| Tamanho do permutador de calor | Recuperação de calor versus custo de capital | Troca térmica econômica |
Dimensionamento econômico de tubos
O dimensionamento econômico dos tubos equilibra o custo de capital dos tubos com os custos de energia de bombeamento ao longo da vida útil do sistema.
Fórmula do diâmetro econômico:
D_econômico = K(ṁ/ρ)^0,37
Onde K depende de:
- Custo energético
- Custo do tubo
- Vida útil do sistema
- Taxa de juros
- Horas de funcionamento por ano
Medição e controle de fluxo
A medição e o controle precisos do fluxo de gás exigem a compreensão dos efeitos do fluxo compressível nos dispositivos de medição.
Considerações sobre a medição do fluxo:
- Placas de orifício: Exigir correções de compressibilidade
- Medidores Venturi: Menos sensível à compressibilidade
- Medidores de turbina: Afetado por alterações na densidade do gás
- Medidores ultrassônicos: Exigir compensação de temperatura
- Medidores Coriolis: Medição direta do fluxo mássico
Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD)
Sistemas complexos de fluxo de gás se beneficiam da análise CFD para otimizar o desempenho e prever o comportamento em várias condições operacionais.
Aplicações CFD:
- Geometrias complexasFormas e acessórios irregulares
- Transferência de calorAnálise combinada de fluxo e térmica
- Análise de mistura: Variações na composição do gás
- Otimização: Estudos de parâmetros de projeto
- Resolução de problemasIdentificar problemas de fluxo
Recentemente, trabalhei com um engenheiro petroquímico canadense chamado David Wilson, em Alberta, cuja fábrica de processamento de gás enfrentava problemas de eficiência. Usando análise CFD combinada com cálculos adequados de fluxo de gás, identificamos zonas de recirculação que estavam causando um desperdício de energia de 20%. Após implementar modificações no projeto, o consumo de energia diminuiu em 18%, ao mesmo tempo em que aumentou a capacidade de processamento.
Conclusão
Os princípios do fluxo de gás regem o comportamento dos fluidos compressíveis por meio de leis de conservação modificadas para variações de densidade, exigindo métodos de análise especializados que levem em consideração as interações entre pressão, temperatura e velocidade, bem como os efeitos da compressibilidade, que são fundamentalmente diferentes dos sistemas de fluxo de líquidos.
Perguntas frequentes sobre os princípios do fluxo de gás
Qual é o princípio fundamental do fluxo de gás?
O fluxo de gás opera com base na conservação de massa, momento e energia, modificada para o comportamento de fluidos compressíveis, em que a densidade do gás varia com a pressão e a temperatura, criando interações entre velocidade, pressão e temperatura.
Como o fluxo de gás difere do fluxo de líquido?
O fluxo de gás envolve mudanças significativas de densidade, limitações de velocidade sônica, acoplamento temperatura-pressão e fenômenos de fluxo estrangulado que não ocorrem em sistemas de fluxo de líquidos incompressíveis.
O que é fluxo estrangulado em sistemas de gás?
O fluxo estrangulado ocorre quando a velocidade do gás atinge condições sônicas (Mach = 1,0), limitando a vazão máxima de massa, independentemente da redução da pressão a jusante, ocorrendo comumente em bicos e válvulas de controle.
Como se calcula a taxa de fluxo de gás?
O cálculo da taxa de fluxo de gás utiliza a equação ṁ = ρAV, em que a densidade varia com a pressão e a temperatura de acordo com a lei dos gases ideais, exigindo soluções iterativas para sistemas complexos.
Quais fatores afetam o comportamento do fluxo de gás?
Os principais fatores incluem as propriedades do gás (peso molecular, razão de calor específico), a geometria do sistema (diâmetro do tubo, conexões), as condições operacionais (pressão, temperatura) e os efeitos da transferência de calor.
Por que o número de Mach é importante no fluxo de gás?
O número de Mach (velocidade/velocidade sônica) determina as características do regime de fluxo: o fluxo subsônico (M1) gera ondas de choque.
-
Explica a diferença fundamental entre o fluxo compressível, em que a densidade do fluido muda significativamente com a pressão, e o fluxo 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 detalhada do número de Mach, uma quantidade adimensional em dinâmica dos fluidos que representa a relação entre a velocidade do fluxo que passa por um limite e a velocidade local do som, usada para classificar regimes de fluxo. ↩
-
Descreve o fenômeno do fluxo estrangulado, uma condição limitante no fluxo compressível em que a vazão mássica não aumenta com uma diminuição adicional da pressão a jusante, pois a velocidade no ponto mais estreito atingiu a velocidade do som. ↩
-
Explica o número de Reynolds, uma quantidade adimensional crucial na mecânica dos fluidos, usada para prever padrões de fluxo, ajudando a distinguir entre regimes de fluxo laminar (suave) e turbulento (caótico). ↩
