Capa limite

El flujo de capa límite

La capa límite es la región cercana al sólido que se vea afectado el movimiento del fluido por la frontera sólida, sólo en los casos de movimiento para ser afectado es, por supuesto, sujeto a una definición arbitraria. En la mayor parte del fluido el flujo suele ser gobernado por la teoría de los fluidos ideales. Por el contrario, la viscosidad es importante en la capalímite, pero la capa es relativamente delgada, de modo que las ecuaciones de baja en esta región se puede simplificar y soluciones adecuadas obtenidos para muchos casos.

Esta división del problema de flujo que rodea un objeto en estas dos partes, según lo sugerido por Prandtl en 1904 ha demostrado ser de importancia fundamental en la dinámica de fluidos.

Para el flujo más allá de una placaplana el espesor de la capa límite aumenta de cero a la vanguardia, como se muestra en la figura, 11-2. El número de Reynolds para este caso se define como XU0 ρ/μ es la distancia río abajo moderada del borde principal. A partir de un cierto valor de Reynolds, el flujo se vuelve turbulento, aunque sigue habiendo una subcapa viscosa, como se muestra en la figura11-2. La transición de laminar a flujoturbulento en una placa lisa se produce en el rango de número de Reynolds 2x105 a 3x106.

En un fluido que circula con una velocidad uniforme UO entra en un conducto, una capa límite se acumula como se muestra en la figura. 11-3 y finalmente se llena la tubería. Así, en el flujo laminar completamente desarrollado o turbulento, todo el radio de la tubería se encuentra en la capa límite. Aguasabajo del punto donde la capa límite se llena la tubería, el patrón de flujo es independiente de x, por lo que el número de Reynolds basado en la distancia de la entrada no tiene ningún significado adicional. En cambio, el flujo se caracteriza por el número de Reynolds basado en el diámetro de la tubería.
Por lo tanto la cantidad DU0 ρ/μ. sólo se aplica a esta región de flujo completamentedesarrollado, si la capa límite es turbulenta y llena el tubo, como lo hace normalmente, excepto muy cerca de la entrada a la tubería, una subcapa viscosa persiste cerca de las paredes, tal como con flujo por delante de un plato plano.

La capa límite de separación.

Un examen del orden de magnitud de los distintos términos en las ecuaciones de movimiento cuando se aplica a una capa límite se llevan ala conclusión de que existe una variación de presión insignificante en la dirección normal a la superficie. En consecuencia, la presión dentro de la capa límite se puede aproximar por la presión propuesta por el modelo ideal de flujo fuera de la capa límite.
Hemos definido la capa límite en relación con una placa plana. Sin embargo, una capa límite también evidente que existe en la superficie deun cilindro, o en cualquier otra superficie.

En la figura 11-4 las capas de líquidos cerca de la superficie del cilindro (de diámetro D) son retrasadas por la fricción viscosa, y después del punto B se pasa, el líquido también es retardado por el gradiente de presión desfavorable. Estos dos factores son suficientes en absoluto, sino más bien bajo número de Reynolds (DU0 ρ / μ) para hacer queel líquido cerca de la superficie para venir a descansar e incluso a fluir en la dirección contraria, como se muestra en la figura 11-4. La capa límite a continuación, sale de la superficie, en el fenómeno que se llama separación.

Si la tasa de flujo que rodea un cilindro se aumenta gradualmente por encima de número de Reynolds en el orden de 1.0, la separación se inicia en el punto deestancamiento posterior. Esto provoca un cambio en la presión y los flujos de los campos, y el punto de separación se mueve hacia adelante. La posición más avanzada se encuentra en θ = 85 °, como se muestra en la figura. 11-5a. Esto ocurre por una capa límite laminar.

Si la velocidad más allá del cilindro se aumenta lo suficiente como para provocar una transición a una capa límite turbulenta, el punto...