O que é fluxo laminar – fluxo viscoso – definição

O fluxo laminar é caracterizado por caminhos suaves ou regulares de partículas do fluido. O fluxo laminar também é conhecido como fluxo aerodinâmico ou viscoso. Engenharia Térmica

Fluxo laminar

Na dinâmica de fluidos, o fluxo laminar é caracterizado por trajetos lisos ou regulares das partículas do fluido, em contraste com o fluxo turbulento, caracterizado pelo movimento irregular das partículas do fluido. O fluido flui em camadas paralelas (com mistura lateral mínima), sem interrupção entre as camadas. Portanto, o fluxo laminar também é conhecido como fluxo aerodinâmico ou viscoso .

O termo fluxo de corrente de fluxo é descritivo do fluxo porque, no fluxo laminar, camadas de água fluindo umas sobre as outras em velocidades diferentes, praticamente sem mistura entre as camadas, as partículas de fluido se movem em caminhos ou linhas de fluxo definidos e observáveis.

Quando um fluido está fluindo através de um canal fechado, como um tubo ou entre duas placas planas, um dos dois tipos de fluxo (fluxo laminar ou fluxo turbulento) pode ocorrer dependendo da velocidade , viscosidade do fluido e do tamanho do tubo . O fluxo laminar tende a ocorrer em velocidades mais baixas e com alta viscosidade . Por outro lado, o fluxo turbulento tende a ocorrer em velocidades mais altas e com baixa viscosidade.

Como o fluxo laminar é comum apenas nos casos em que o canal de fluxo é relativamente pequeno, o fluido se move lentamente e sua viscosidade é relativamente alta, o fluxo laminar não é comum em processos industriais. A maioria dos fluxos industriais, especialmente os de engenharia nuclear, são turbulentos. No entanto, o fluxo laminar ocorre em qualquer número de Reynolds próximo a limites sólidos em uma camada fina adjacente à superfície, essa camada é geralmente chamada de subcamada laminar e é muito importante na transferência de calor.

Apesar da pequena espessura da subcamada laminar (geralmente muito menos de 1% do diâmetro do tubo), uma vez que influencia fortemente o fluxo no restante do tubo. Qualquer irregularidade ou rugosidade na superfície perturba essa camada e afeta significativamente o fluxo. Portanto, diferentemente do fluxo laminar, o fator de atrito no fluxo turbulento é uma forte função da rugosidade da superfície.

Número de Reynolds

O número de Reynolds é a proporção de forças de inércia para as forças viscosas e é um parâmetro conveniente para prever se uma condição de escoamento vai ser laminar ou turbulento . Pode-se interpretar que quando as forças viscosas são dominantes (fluxo lento, Re baixo) são suficientes o suficiente para manter todas as partículas de fluido alinhadas, então o fluxo é laminar. Mesmo Re muito baixo indica movimento de rastejamento viscoso, onde os efeitos de inércia são desprezíveis. Quando as forças inerciais dominam sobre as forças viscosas (quando o fluido está fluindo mais rápido e Re é maior), então o fluxo é turbulento.

Número de Reynolds

É um número sem dimensão composto pelas características físicas do fluxo. Um número crescente de Reynolds indica uma crescente turbulência do fluxo.

É definido como:
Número de Reynolds

em que:
V é a velocidade do fluxo,
D é uma dimensão linear característica (comprimento percorrido do fluido; diâmetro hidráulico etc.)
ρ densidade do fluido (kg / m 3 ),
μ viscosidade dinâmica (Pa.s),
ν viscosidade cinemática ( m 2 / s); ν = μ / ρ.

 

Fluxo Laminar vs. Turbulento

Fluxo Laminar vs. Turbulento

Fluxo laminar:

  • Re <2000
  • velocidade ‘baixa’
  • Partículas fluidas se movem em linhas retas
  • Camadas de água fluem umas sobre as outras em velocidades diferentes, praticamente sem mistura entre as camadas.
  • O perfil da velocidade do fluxo para o fluxo laminar em tubos circulares é parabólico, com um fluxo máximo no centro do tubo e um fluxo mínimo nas paredes do tubo.
  • A velocidade média do fluxo é aproximadamente metade da velocidade máxima.
  • É possível uma análise matemática simples.
  • Raro na prática em sistemas de água .

Fluxo turbulento:

  • Re> 4000
  • ‘alta velocidade
  • O fluxo é caracterizado pelo movimento irregular de partículas do fluido.
  • O movimento médio está na direção do fluxo
  • O perfil de velocidade do fluxo para turbulência é bastante plano através da seção central de um tubo e cai rapidamente extremamente perto das paredes.
  • A velocidade média do fluxo é aproximadamente igual à velocidade no centro do tubo.
  • A análise matemática é muito difícil.
  • Tipo mais comum de fluxo .
Velocidade média Vavg é definida como a velocidade média através de uma seção transversal.  Para um fluxo laminar de tubo totalmente desenvolvido, o Vavg é metade da velocidade máxima.
Velocidade média Vavg é definida como a velocidade média através de uma seção transversal. Para um fluxo laminar de tubo totalmente desenvolvido, o Vavg é metade da velocidade máxima.

Regimes numéricos de Reynolds

Regime de fluxoFluxo laminar. Para fins práticos, se o número de Reynolds for menor que 2000 , o fluxo será laminar. O número de Reynolds de transição aceito para o fluxo em um tubo circular é Re d, crit = 2300.

Fluxo de transição. Nos números de Reynolds entre 2000 e 4000, o fluxo é instável como resultado do início da turbulência. Esses fluxos às vezes são chamados de fluxos de transição.

Fluxo turbulento. Se o número de Reynolds for maior que 3500 , o fluxo será turbulento. A maioria dos sistemas de fluidos em instalações nucleares opera com fluxo turbulento.

Fluxo Laminar – Coeficiente de Transferência de Calor

Fluxo Laminar Externo

número médio de Nusselt em toda a placa é determinado por:

fluxo laminar - placa plana - número nusselt

Essa relação fornece o coeficiente médio de transferência de calor para toda a placa quando o fluxo é laminar sobre toda a placa.

 

Fluxo Laminar Interno

Temperatura constante da superfície

No fluxo laminar em um tubo com temperatura constante da superfície, o fator de atrito e o coeficiente de transferência de calor permanecem constantes na região totalmente desenvolvida.

Fluxo Laminar - Tubo Circular - temperatura

Fluxo de calor de superfície constante

Portanto, para fluxo laminar totalmente desenvolvido em um tubo circular sujeito a constante fluxo de calor na superfície , o número de Nusselt é uma constante. Não há dependência dos números de Reynolds ou Prandtl .

Fluxo Laminar - Tubo Circular - fluxo

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