Na mecânica do contínuo, a velocidade de fluxo na dinâmica dos fluidos, também velocidade macroscópica na mecânica estatística, ou velocidade de deriva no eletromagnetismo, é um campo vetorial usado para descrever matematicamente o movimento de um contínuo. O comprimento do vetor da velocidade de fluxo é escalar, a velocidade (escalar) de fluxo. Ela também é chamada de campo de velocidade e, quando avaliada ao longo de uma reta, é chamada de perfil de velocidade (como, por exemplo, na Lei da parede).
Definição A velocidade de fluxo u de um fluido é um campo vetorial
que dá a velocidade de um elemento de fluido em uma posição , e tempo .
A velocidade (escalar) de fluxo q é o comprimento do vetor da velocidade de fluxo
e é um campo escalar.
Usos A velocidade de fluxo de um fluido descreve efetivamente tudo sobre o movimento de um fluido. Muitas propriedades físicas de um fluido podem ser expressas matematicamente em termos da velocidade de fluxo. Seguem alguns exemplos comuns:
Fluxo constante
O fluxo de um fluido é dito constante se não varia com o tempo. Isso é se:
Fluxo incompressível
Se um fluido é incompressível, a divergência de é zero:
Isto é, se é um campo vetorial solenoidal.
Fluxo irrotacional
Um fluxo é irrotacional se o rotacional de for zero:
Ou seja, se é um campo vetorial irrotacional.
Um fluxo em um domínio simplesmente conectado que é irrotacional pode ser descrito como um fluxo de potencial, através do uso de um potencial de velocidade , com . Se o fluxo for irrotacional e incompressível, o Laplaciano do potencial de velocidade deve ser zero: .
Vorticidade
A vorticidade, , de um fluxo pode ser definida em termos de sua velocidade de fluxo por:
Se a vorticidade for zero, o fluxo é irrotacional.
O potencial de velocidade
Se um fluxo irrotacional ocupa uma região de fluido simplesmente conectada, então existe um campo escalar tal que:
O campo escalar é chamado de potencial de velocidade para o fluxo. (Ver Campo vetorial irrotacional.)
Velocidade bruta Em muitas aplicações de engenharia, o campo vetorial da velocidade de fluxo local não é conhecido em todos os pontos e a única velocidade acessível é a velocidade bruta ou velocidade de fluxo média (com a dimensão habitual de duração por tempo), definida como o quociente entre a razão da taxa de fluxo volumétrico (com dimensão de comprimento cúbico por tempo) e a área da seção transversal (com dimensão de comprimento quadrado):
Ver também
Enstrofia Gradiente de pressão Tubo de Pitot Velocidade de deriva Vorticidade
Categoria:Cálculo vetorial Categoria:Dinâmica de fluidos Categoria:Velocidade