desprendimiento de la capa limite en un cilindro


Desprendimiento de la capa limite en ala de un avión
SEPARACIÓN DE LA CAPA LIMITE EN UN CILINDRO

-Al  analizar  el  flujo  reptante  alrededor  de  una  esfera el
arrastre  tiene  dos  contribuciones:  el  arrastre  de  forma  y  la  fricción
 depiel.

-La fricción de piel siempre estará presente ya que todos los fluidos tienenuna  cierta  viscosidad  y  la  única  manera  de  reducirla  es  disminuir  la
superficie mojada del sólido.

-En  cambio,  el  arrastre  de  forma  depende  fuertemente  de  la  forma  del
sólido y puede disminuirse sustancialmente cambiándola.

-Para  entender  la  influencia  de  la  forma  sobre  el  arrastre  es  necesario
analizar el fenómeno de la separación de la capa límite.-Para ello consideremos el flujo de un fluido alrededor de un cilindro:



B




v∞, p∞


P2


P3


v∞, p∞



A
C







-Analicemos   un   elemento   de   volumen   que   circula   en   una   línea   de
corriente cercana al cilindro.

-En  la  interfase  fluido-sólido  se  formará  una  capa  límite  análoga  a  laanalizada  en  la  placa  plana.  Fuera  de  la  capa  límite  debe  existir  la
distribución de presión de un flujo inviscido: una distribución simétrica
con valores máximos en “A” y “C” y mínimo en “B”.

-De  acuerdo  con  el  modelo  de  la  capa  límite  dentro  de  ésta  existirá  la
misma distribución de presión.


-Para  00900  el  elemento  de  volumen  que  circula  dentro  de  la  capalímite, muy próximo al sólido, tiene las fuerzas viscosas en contra y las de
presión favorables. En consecuencia alcanza el punto “B” acelerándose.

-Para 9001800 este elemento de volumen tiene las fuerzas viscosas y las
de presión en contra. En consecuencia se desacelera.

-En cambio el elemento de volumen que está mas cerca del borde externo
de  la  capa  límite  sólo  necesita  vencer  el  gradiente  de  presión  adverso,pues el efecto del roce es mucho menor.

-En consecuencia, los elementos de volumen mas cercanos a la pared se
desaceleran mas rápidamente, pudiendo ser forzados a retroceder por el
gradiente adverso de presión.

-En  el  punto  en  el  cual  ocurre  este  flujo  inverso  por  primera  vez  la
pendiente del perfil de velocidad en la pared del sólido es cero. Este puntose denomina punto de separación de la capa límite.

-La presión del punto de estancamiento “A” recién se recupera en “C”.






B



A


C


-Como en el punto “C” la presión es mayor que en “B” y el elemento de
volumen no posee inercia para vencer este gradiente de presión adverso
se genera un flujo de retroceso hacia el punto “B”.









Capa Límite





Flujo de retrocesoPunto de Separación






La separación de capa límite origina torbellinos en la parte posterior del
Objeto.
-El desprendimiento de la capa límite es un fenómeno no deseado desde el
punto de vista del arrastre, ya que detrás del cilindro aparece una zona de
menor  presión  que  en  el  punto  de  estancamiento  “A”  aumentando  el
arrastre.-Cuando la velocidad de circulación del fluido v∞ aumenta (lo que implica
un aumento en el número de Re) el punto de separación de la capa límite
se desplaza hacia menores valores de  hasta alcanzar un valor mínimo en
 ≅ 800.


-Cuando   mas   alejado   está   el   punto   de   separación   del   punto   de
estancamiento posterior mayor será el arrastre.

-Los torbellinos inicialmente son estacionarios pero a medida que crecencambian   en   el   tiempo   apareciendo   a   uno   y   otro   lado   del   cilindro,
generando  los  llamados  vórtices  de  Von  Karman.  Cuando  sopla  viento
alrededor  de  cables  de  luz  se  escucha  un  zumbido  proveniente  de  estos
vórtices.
-El  desprendimiento  de  capa  límite  es  un  fenómeno  característico  de...