Condição de Contorno de Escoamento Livre Calculator

Formula first

Overview

Na mecânica dos fluidos, a condição de escoamento livre implica que o gradiente de velocidade normal à fronteira é zero, o que significa que a parede não exerce força de arrasto viscoso sobre o fluido. Isso é frequentemente usado como uma aproximação em simulações de escoamento com alto número de Reynolds, onde os efeitos da camada limite são negligenciados, ou em modelos idealizados de escoamento sem viscosidade. Contrasta com a condição de não deslizamento, onde a velocidade do fluido na fronteira é assumida como igual à velocidade da fronteira.

Symbols

Variables

${\mu }_1$ = Dynamic Viscosity, $\frac{d{v}_x}{dy}$ = Velocity Gradient, $\tau$ = Shear Stress, ${\tau }_w$ = Shear Stress

Apply it well

When To Use

When to use: Aplique ao modelar escoamentos idealizados ou regiões distantes de superfícies sólidas onde os efeitos viscosos da parede são desprezíveis.

Why it matters: Simplifica as equações de Navier-Stokes para dinâmica dos fluidos computacional, removendo a necessidade de resolver camadas limite viscosas em interfaces específicas.

Avoid these traps

Common Mistakes

• Assumir que o escoamento livre se aplica a fluidos viscosos reais perto de paredes em escoamentos de baixa velocidade.
• Confundir escoamento livre com condições de contorno de simetria.

One free problem

Practice Problem

Para um fluido com viscosidade dinâmica de 0,001 Pa·s, qual é o gradiente de velocidade (dvx/dy) necessário em uma parede se a condição de escoamento livre for satisfeita?

Hint: A fórmula iguala o produto da viscosidade negativa e o gradiente de velocidade a zero.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

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Related Formulas

References

Sources

1. White, F. M. (2011). Fluid Mechanics (7th ed.). McGraw-Hill Education.
2. Munson, B. R., Young, D. F., & Okiishi, T. H. (2006). Fundamentals of Fluid Mechanics. Wiley.
3. NIST CODATA
4. IUPAC Gold Book
5. Wikipedia: Free-slip boundary condition
6. White, Frank M. Fluid Mechanics. 8th ed., McGraw-Hill Education, 2016.
7. NIST Chemistry WebBook
8. White, Frank M. Fluid Mechanics. McGraw-Hill Education, 2016.