Escoamentos exteriores. Escoamento em torno de um cilindro/esfera. Matéria:
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- Ana do Carmo Lisboa Campelo
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1 Escoamentos exteriores Matéria: Escoamento em torno de cilindro e esfera: localização dos ponto de separação, sua influência na distribuição da pressão e coeficiente de resistência. Escoamento em torno de corpos não-fuselados. Aplicação ao desporto: bolas com efeito de spin. Escoamento em torno de perfis: sustentação e entrada em perda.. Creeping flow: forças de inércia desprezáveis campo de pressões determinado pelas tensões viscosas. Escoamento de água a 1 mm/s entre placas afastadas de 1 mm. Escoamento laminar, Re=6: para Re>5 há separação da camada limite (gradiente de pressão adverso excessivo). Pontos de separação a jusante do equador. l d Duas bolhas de separação simétricas: l Re, d Re1/ 1
2 Escoamento laminar, Re=41: limite para escoamento estacionário. Pontos de separação a jusante do equador. Duas bolhas de separação simétricas Escoamento laminar, Re=140: Escoamento instacionário: libertação de vórtices alternados. Estrada de von Kármán: forças oscilantes; oscilações - ruído Escoamento laminar, Re=000: Camada limite laminar, separação a montante do equador, esteira turbulenta. Escoamento separado com velocidades relativamente baixas e pressões aproximadamente uniformes e um pouco inferiores a p
3 Escoamento laminar, Re=10000: Poucas alterações para Re cinco vezes superior. Escoamento praticamente estacionário na vizinhança do corpo Escoamento laminar, Re=15000: Camada limite laminar separa antes do equador. Camada limite permanece laminar após separação até cerca de d/ Escoamento turbulento, Re=30000: Camada limite passa a turbulento devido a arame, separa após o equador. Separação e esteira muito menores > resistência muito menor 3
4 Esquema da separação laminar e turbulenta Filmes: Separated Flows I, II, Distribuição do Coeficiente de pressão: p p c p = ρ U Coeficiente de Resistência, C D =f(re) Disco transversal: C D independente de Re. Porquê? 4
5 Escoamento em torno de corpos nãofuselados (Bluff bodies) Resistência dominada pela localização dos pontos de separação e intensidade das bolhas de separação. Pressão quase uniforme e inferior a p na zona separada. Resistência dominada pela distribuição de pressão (resistência de pressão ou de forma). Resistência de atrito (ou viscosa) pouco importante. Corpos com arestas vivas têm os pontos de separação fixos e CD pouco afectado por Re. Filme: flow sep. & vortice shedding Esfera com rotação Para que lado roda a esfera? De que lado há menor pressão? Há forças transversais sobre a esfera? Como será a sua trajectória? À força transversal chama-se SUSTENTAÇÃO, à longitudinal RESISTÊNCIA Escoamento em torno de perfis Baixa curvatura das linhas de corrente > gradientes de pressão adversos baixos: não há separação Resistência de atrito (ou viscosa) dominante e pequena Perfil simétrico com ângulo de incidência nulo (Re 7000) 5
6 Escoamento em torno de perfis Curvatura das linhas de corrente elevada > pressão mínima baixa > gradientes de pressão adversos elevados: separação Resistência de forma dominante (e alta) Ângulo de ataque de 5º (Re7000) - mesmo perfil Escoamento em torno de perfis Curvas aerodinâmicas de perfis: Entrada em perda depende Re C L L = ρ U C D D = ρ U - Ângulo de ataque Escoamentos exteriores Matéria: Escoamento em torno de cilindro e esfera: localização dos ponto de separação, sua influência na distribuição da pressão e coeficiente de resistência. Escoamento em torno de corpos não-fuselados. Aplicação ao desporto: bolas com efeito de spin. Escoamento em torno de perfis: sustentação e entrada em perda.. 6
7 Escoamentos exteriores Bibliografia: White Fluid Mechanics: Última parte cap. 7 7
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