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PME 5325- Aula 5- Fundamentos da Turbulência -
15/07/2021-
Prof. Jayme P. Ortiz
1. TRANSIÇÃO PARA A TURBULÊNCIA: Histórico. Breve discussão do processo linear e não-linear das amplificações espaciais e temporais das perturbações na passagem do escoamento laminar para turbulento.
2. INTRODUÇÃO À TURBULÊNCIA: Natureza e Definição da Turbulência: irregularidade; difusividade, flutuações tridimensionais de vorticidade, dissipação. Métodos de Análise de escoamentos turbulentos. Teoria de Kolmogorov. Escala integral e microescalas. Cascata de energia. Difusividade da turbulência. Difusão de escoamentos laminar e turbulento e coeficientes de difusividade turbulenta. Escala de Taylor. Relação entre número de Reynolds e escalas de escoamento.
3. DESCRIÇÃO ESTATÍSTICA DA TURBULÊNCIA: Análise de dados aleatórios. Processos aleatórios estacionários e não estacionários. Representações em séries de Fourier e transformada de Fourier. Conceito de média estatística e média temporal. Séries temporais. Funções de densidade de probabilidade. Valor médio, média quadrática, assimetria e curtose. Funções de correlação. Função de densidade espectral. Discussão de dados experimentais. Exemplos de medição de flutuações turbulentas de velocidade e pressão (estruturas hidráulicas, bacias de dissipação).
4. EQUAÇÕES DO MOVIMENTO TURBULENTO: Equação (de Reynolds) para a quantidade de movimento do escoamento médio. Tensões de Reynolds. Equações da energia da turbulência e do escoamento médio. Produção e dissipação de turbulência.
5. DINÂMICA ESPECTRAL: Dinâmica da turbulência isotrópica. O fenômeno de esticamento de vórtices e de cascata de energia. Interpretação das várias camadas do espectro.
6. TURBULÊNCIA LIVRE: Equações para jatos e plumas turbulentas. Escalas de velocidades e de comprimento. Aproximação gaussiana nos escoamentos turbulentos de jatos e plumas. Processo de dispersão na descarga de efluentes sanitários através de emissários submarinos estudos de caso.
7. TURBULÊNCIA DE PAREDE: Lei logarítmica de Karman-Prandtl para parede lisa e rugosa. Discussão da sub-camada viscosa, da camada de transição e da camada logarítmica. Análise de dados experimentais em canais e tubulações.
8. MEDIÇÃO DE PRESSÕES E VELOCIDADES INSTANTÂNEAS EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS: medições em modelos hidráulicos. Estudos de caso: medições de pressões instantâneas em modelos hidráulicos e protótipos de bacias de dissipação de Usinas Hidrelétricas.
9. REDUÇÃO DE ARRASTO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS DE ÁGUA POR ADIÇÃO DE POLÍMEROS: Considerações gerais. Medição de perfis de velocidade em instalações experimentais. Análise das alterações da estrutura da turbulência de parede quando da adição de polímeros solúveis em água.
10 TURBULÊNCIA EM ESCOAMENTOS ATRAVÉS DE SISTEMAS VASCULARES Escoamento através de válvulas cardíacas e de aneurisma de aorta. Separação de escoamentos, estenose, tensões cisalhantes, regurgitação.
Dar aos alunos uma formação básica para o entendimento e para a utilização da teoria da turbulência e sua aplicação nos escoamentos incompressíveis, possibilitando a familiarização com a literatura específica e a participação em cursos mais avançados.
Trata-se de um curso básico de turbulência, onde pontos de vista fenomenológico, matemático e experimental são apresentados, e alguns estudos de caso, aplicadosaos escoamentos incompressíveis, são discutidos.
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