Mecânica dos Fluidos PDF

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EDIÇÕES HISTÓRICAS Mecânica  dos Fluidos ALBERTO LUIZ COIMBRA Diretoria Luiz Pinguelli Rosa Diretor Edson Hirokazu Watanabe Vice-diretor Fernando Alves Rochinha Diretor de Assuntos Acadêmicos Romildo Dias Tolêdo Filho Diretor de Tecnologia e Inovação Guilherme Horta Travassos Diretor de Planejamen...

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EDIÇÕES HISTÓRICAS

Mecânica dos Fluidos ALBERTO LUIZ COIMBRA

Diretoria Luiz Pinguelli Rosa Diretor Edson Hirokazu Watanabe Vice-diretor Fernando Alves Rochinha Diretor de Assuntos Acadêmicos Romildo Dias Tolêdo Filho Diretor de Tecnologia e Inovação Guilherme Horta Travassos Diretor de Planejamento e Administração José Carlos Pinto Diretor de Pesquisa e Desenvolvimento

Fundação Coppetec Romildo Dias Tolêdo Filho Diretor superintendente José Carlos Pinto Diretor executivo Fernando Peregrino Superintendente

Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia Centro de Tecnologia 2 Rua Moniz Aragão, 360, Bloco 1 Cidade Universitária – Ilha do Fundão CEP 21941-972 Telefones: (55 21) 3622-3477/3478 Fax: (55 21) 3622-3463 E-mail: [email protected] www.coppe.ufrj.br

Projeto Coppe 50 anos

Assessoria de Comunicação da Coppe /UFRJ Centro de Tecnologia 2 Rua Moniz Aragão, 360, Bloco 1 Cidade Universitária – Ilha do Fundão CEP 21941-972 Telefones: (55 21) 3622-3406/3408/3467/3506 E-mail: [email protected] Coppe Notícias: www.planeta.coppe.ufrj.br Twitter: @coppeufrj Facebook: www.facebook.com/coppe YouTube: /coppeufrj Instagram: @coppeufrj

EDIÇÕES HISTÓRICAS

Mecânica dos Fluidos ALBERTO LUIZ COIMBRA

Rio de Janeiro, 2015

© Fundação Coppetec, 2015. Todos os direitos reservados a Fundação Coppetec. É proibida a reprodução ou transmissão desta obra, ou parte dela, por qualquer meio, sem a prévia autorização dos editores. Impresso no Brasil. ISBN 978-85-7650-479-5

Editores Juliana Braga Rodrigues Loureiro Luiz Bevilacqua Editores Assistentes Daniel Onofre de Almeida Cruz Fernando Pereira Duda Editora Executiva Dominique Ribeiro

Projeto gráfico e capa Ana Claudia Ribeiro Digitação Marisa Silva Lima Vetorização de figuras Juliana Jesus Revisão de texto Nancy Soares

Colaboradora técnica Julia Mendonça Bastos

Produção Editorial Thaís Garcez

E-papers Serviços Editoriais http://www.e-papers.com.br Rua Mariz e Barros, 72, sala 202 Praça da Bandeira – Rio de Janeiro CEP 20.270-006 Rio de Janeiro – Brasil

CIP-Brasil. Catalogação na fonte Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ C633m Coimbra, Alberto Luiz Mecânica dos fluidos / Alberto Luiz Coimbra. - 1. ed. - Rio de Janeiro : E-papers, 2015. 386 p. : il. ; 23 cm. Apêndice Inclui bibliografia ISBN 978-85-7650-479-5 1. Mecânica dos fluidos. 2. Fluxo viscoso - Modelos matemáticos. 3. Método dos elementos finitos. I. Título. 15-21199

CDD: 532 CDU: 531.2

Sumário

Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Prefácio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xvii Nota dos Editores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xix Capítulo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Capítulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

Capítulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Capítulo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Capítulo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Capítulo 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Capítulo 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Capítulo 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Capítulo 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Capítulo 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Capítulo 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Capítulo 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Capítulo 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Capítulo 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Capítulo 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Capítulo 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 SUMÁRIO

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Capítulo 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Capítulo 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Capítulo 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Capítulo 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Capítulo 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Capítulo 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Capítulo 23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 Capítulo 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Capítulo 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Capítulo 26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Capítulo 27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Capítulo 28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Capítulo 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Capítulo 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Capítulo 31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Capítulo 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Capítulo 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Capítulo 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Capítulo 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Capítulo 36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 Capítulo 37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Capítulo 38 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 Capítulo 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 Capítulo 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 Capítulo 41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 vi

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MECÂNICA DOS FLUIDOS

Capítulo 42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 Capítulo 43 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Capítulo 44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Capítulo 45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Capítulo 46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 Capítulo 47 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Capítulo 48 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Capítulo 49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Capítulo 50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Capítulo 51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Capítulo 52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 Capítulo 53 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Capítulo 54 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Capítulo 55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 Apêndices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 Sobre o autor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

SUMÁRIO

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vii

Lista de Figuras

viii

Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4

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3 4 4 6

Figura 2.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

Figura 3.1 Figura 3.2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Figura 4.1 Figura 4.2 Figura 4.3 Figura 4.4 Figura 4.5 Figura 4.6 Figura 4.7 Figura 4.8

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17 18 19 20 20 21 21 22

Figura 5.1 Figura 5.2 Figura 5.3 Figura 5.4 Figura 5.5

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23 25 27 29 29

Figura 6.1 Figura 6.2 Figura 6.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Figura 7.1 Figura 7.2 Figura 7.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Figura 8.1 Figura 8.2 Figura 8.3 Figura 8.4

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MECÂNICA DOS FLUIDOS

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43 44 45 46

Figura 8.5 Figura 8.6

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Figura 9.1 Figura 9.2 Figura 9.3 Figura 9.4 Figura 9.5 Figura 9.6

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Figura 10.1 Figura 10.2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Figura 11.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Figura 12.1 Figura 12.2

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Figura 13.1 Figura 13.2 Figura 13.3 Figura 13.4 Figura 13.5 Figura 13.6 Figura 13.7

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Figura 14.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Figura 15.1 Figura 15.2 Figura 15.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Figura 16.1 Figura 16.2 Figura 16.3 Figura 16.4 Figura 16.5 Figura 16.6

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87 88 89 90 91 91

Figura 17.1 Figura 17.2 Figura 17.3 Figura 17.4

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93 94 96 97

Figura 18.1 Figura 18.2

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LISTA DE FIGURAS

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49 50 51 53 53 53

69 70 70 71 72 72 73

ix

x

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Figura 18.3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Figura 19.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Figura 21.1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Figura 22...