Experimentos de Visualização de Fluxo de Desktop para Descoberta Guiada de Camadas Limite

Resumo A teoria das camadas limite, que é bem estabelecida e ensinada em todos os cursos de mecânica de fluidos de graduação, pode ser desafiadora para os aprendizes de primeira viagem compreenderem. Três desafios são identificados neste artigo, a saber, visualizar a existência, a finura e a anexação/separação das camadas limite. Enquadramos esses desafios como conceitos de limiar que podem se beneficiar do aprendizado baseado na descoberta. Apresentamos um novo experimento de desktop, onde o fluxo de água é visualizado em um loop de fluxo transparente, que apoia uma abordagem de 'descoberta guiada'. Os cadernos de laboratório dos alunos e relatórios da atividade fornecem evidências de que os dois primeiros desafios foram amplamente resolvidos, enquanto a nuance da separação que exige gradientes positivos fortes foi registrada por aproximadamente metade dos alunos. Uma pesquisa sobre a experiência dos alunos ao longo de quatro anos (717 alunos, 331 respostas --- 46%) considerou sete dimensões da experiência dos alunos. Os resultados gerais mostraram que os alunos acharam o experimento envolvente e útil para ganhar uma compreensão conceitual da camada limite. No geral, em relação aos três desafios que identificamos, o equipamento e a atividade de 'descoberta guiada' foram considerados bem-sucedidos. Também mostramos melhorias de protótipos para o futuro, para ajudar com o terceiro desafio, incluindo atualizações de equipamentos e a introdução de dinâmica de fluidos computacional (CFD).