Capítulo 5: Fluxo Invíscido ao Redor do Casco, Geração de Ondas e Resistência de Ondas

Conjunto de flashcards cobrindo os princípios de escoamento não viscoso, padrões de ondas de Kelvin, resistência de ondas e efeitos de águas rasas e canais baseados na literatura de arquitetura naval.

Qual é a decomposição da resistência total de um navio mais diretamente relacionada a fenômenos físicos distintos?

A decomposição em resistência de ondas (devida à geração de ondas) e resistência viscosa (causada pelo escoamento viscoso ao redor do casco).

Por que os testes de modelos de navios são realizados com o número de Froude ($Fn$) igual ao do navio real?

Porque, dessa forma, o padrão de ondas é geometricamente similar ao do navio, permitindo o escalonamento da resistência de ondas de maneira simplificada.

Quais são as equações que governam o escoamento invisível e irrotacional, substituindo as de Navier-Stokes?

A equação de Bernoulli (vinda das equações de Euler) e a equação de Laplace (vinda da continuidade para o potencial de velocidade $\phi$).

Qual é a relação fundamental entre a curvatura de uma linha de corrente e o gradiente de pressão em um escoamento não viscoso?

A pressão aumenta na direção oposta ao centro de curvatura, sendo o gradiente expresso por $\frac{\partial p}{\partial y} = \frac{\rho u^2}{r}$, onde $r$ é o raio de curvatura local.

O que caracteriza os pontos de estagnação na proa e na popa de um corpo em escoamento não viscoso?

A velocidade cai a zero e a pressão hidrodinâmica atinge seu valor máximo, chamado de pressão de estagnação: $P_{max} = \frac{1}{2} \rho U^2$.

Como se define o coeficiente de pressão hidrodinâmica ($C_p$)?

$C_p = \frac{p + \rho gz}{\frac{1}{2} \rho U^2} = 1 - \frac{\mathbf{V}\phi \cdot \mathbf{V}\phi}{U^2}$.

Qual é a relação de dispersão para ondas de superfície em águas profundas?

$c = \sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}}$ ou $\lambda = \frac{2\pi c^2}{g}$.

O que é a velocidade de grupo ($c_g$) e qual sua relação com a velocidade de fase ($c$) em águas profundas?

A velocidade de grupo é a velocidade de transporte de energia da onda; em águas profundas, ela é metade da velocidade de fase ($c_g = \frac{1}{2} c$).

Qual é o ângulo de abertura do setor que contém toda a energia das ondas geradas por um navio (Cunha de Kelvin)?

As ondas estão contidas em um setor com um semi-ângulo de $19^\circ 28'$ a partir da proa.

Quais são os cinco componentes do perfil de onda ao longo do casco identificados por Wigley (1931)?

1. Perturbação local (onda de Bernoulli); 2. Sistema de onda da proa (crista); 3. Sistema do ombro de vante (cava); 4. Sistema do ombro de ré (cava); 5. Sistema de onda da popa (crista).

O que causa os 'humps' (picos) e 'hollows' (vales) na curva de resistência de ondas de um navio?

A interferência entre os sistemas de ondas gerados em diferentes partes do casco; 'humps' ocorrem em interferências construtivas e 'hollows' em interferências destrutivas.

Como se diferenciam os tipos plunging e spilling de quebra de ondas (wave breaking)?

O 'plunging breaker' forma um jato direcionado à frente no topo da crista; o 'spilling breaker' é uma zona de água aerada que desliza pela face frontal da onda.

Qual é o efeito da profundidade limitada na velocidade de propagação das ondas?

Ocorre um limite superior para a velocidade de propagação de fase, dado por $c = \sqrt{gh}$, onde $h$ é a profundidade.

Como é definido o número de Froude baseado na profundidade ($Fn_h$)?

$Fn_h = \frac{V}{\sqrt{gh}}$, onde $V$ é a velocidade do navio e $h$ a profundidade da água.

O que caracteriza o regime supercrítico ($Fn_h > 1$) no padrão de ondas de um navio?

As ondas transversais não podem existir pois o navio viaja mais rápido que a velocidade máxima da onda, sobrando apenas ondas divergentes em um setor mais estreito.

O que é o efeito de bloqueio (blockage) em canais restritos?

É a razão $\beta$ entre a área da seção mestra do navio ($A_M$) e a área da seção transversal do canal ($b \times h$).

Qual é a principal consequência da teoria de Kreitner para navios em canais restritos no regime subcrítico?

Ocorre um aumento da velocidade do fluxo (overspeed) e uma queda no nível da água ao lado do navio para permitir a passagem do fluxo pela área reduzida pelo bloqueio.