19.4
Considere a água fluindo de forma constante através de um tubo longo e reto com uma seção transversal uniforme.
Nas regiões centrais do tubo, onde o fluxo é irrotacional, um potencial de velocidade define o fluxo, e a velocidade é expressa como o gradiente desse potencial.
A substituição dos componentes de velocidade verifica diretamente se o fluxo satisfaz essa condição irrotacional.
O potencial de velocidade se aplica a fluxos tridimensionais, como este fluxo de tubo, enquanto a função de fluxo é específica para fluxos bidimensionais, resultantes da conservação de massa.
No fluxo incompressível, a equação de continuidade requer que a divergência do vetor velocidade seja zero.
Ao substituir o potencial de velocidade, essa condição se torna a equação de Laplace, uma equação diferencial chave que governa fluxos invíscidos, incompressíveis e irrotacionais.
Em coordenadas cilíndricas, a equação de Laplace se ajusta para variações radiais, angulares e axiais. Resolver esta equação com condições de contorno nas paredes do tubo define o potencial de velocidade para o fluxo.
A partir disso, o campo de velocidade completo é determinado tomando derivadas espaciais, revelando o padrão de fluxo dentro do tubo.
Em um fluxo constante e incompressível por meio de um tubo longo e reto com uma seção transversal uniforme, o fluxo na região central (longe das pared…
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