Mecânica de Fluidos Ambiental
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Há um exame final (E) e um trabalho computacional (TC) que faz parte da componente de avaliação contínua. A nota final (NF) será dada pela média NF=0.50*E+0.50*TC, existindo uma nota mínima de 9.5 valores para cada uma das componentes de avaliação.
Pretende-se que o aluno conheça os principais conceitos da Mecânica dos Fluidos bem como os rudimentos do método das diferenças finitas aplicado à resolução de uma equação diferencial.
Propriedades dos fluidos e do campo de velocidades. Linhas de corrente e trajectórias. Aceleração local e convectiva. Formulação Euleriana e Lagrangeana. Viscosidade e tensão de corte. Fluidos Newtonianos e não-Newtonianos. Tensão superficial e capilaridade. Pressão hidrostática e não-hidrostática. Balanços integrais num volume de controlo: massa, quantidade de movimento e energia. Equação de Bernoulli. Relações diferenciais: equação da continuidade e equações de Navier-Stokes. Casos particulares com solução analítica: escoamento laminar num plano inclinado; escoamento de Couette; escoamento de Poiseuille; escoamento laminar de fluidos imiscíveis. Análise dimensional e Semelhança. Escoamento viscoso em condutas. Escoamentos do tipo camada limite.
Ter frequentado anteriormente uma cadeira de Física e de Matemática onde o aluno se familiarizou com conceitos básicos, tais como: leis de Newton; momento linear e angular; momento de uma força; operadores gradiente, rotacional e divergência; produto interno e externo de dois vectores; resolução de equações diferenciais simples.
Não existe componente laboratorial. As aulas dividem-se em teóricas e teórico-prácticas, sendo estas últimas focadas essencialmente na resolução de problemas.
Esta componente corresponde a 1.5 ECTS. O problema proposto consiste no esvaziamento de um reservatório rígido, inicialmente cheio de ar, com um caudal volúmico de esvaziamento constante. Pretende-se obter a evolução temporal da pressão no interior do reservatório. Este problema resolve-se com um balanço integral de massa e a equação diferencial obtida tem solução analítica. Os alunos devem comparar a solução exacta com uma solução numérica usando o método das diferenças finitas e uma discretização temporal explícita e implícita. As análises de estabilidade e de consistência também serão explicadas, bem como a sua relação com o passo temporal, no estudo da convergência para a solução exacta. Tendo em conta o trabalho proposto, as principais competências desenvolvidas são: Abstracção (nomeadamente abstracção procedimental), Automação (nomeadamente a definição de função), Depuração (nomeadamente o uso de debuggers) e Raciocínio Algorítmico (nomeadamente o uso de processos iterativos).
Tendo em conta que a componente computacional é um trabalham de grupo, as principais competências transversais desenvolvidas são: interpessoais (trabalho em equipa), intrapessoais (entusiasmo e perseverança) e cidadania global (tolerância). As competências transversais correspondem a 50% das componentes de avaliação.