Mecânica dos Fluidos Aplicado MFA - AULA 07 Arrasto e Sustentação



Documentos relacionados
Escoamentos Externos

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 9 Análise Aerodinâmica da Asa

Escoamentos externos. PME2230 Mecânica dos Fluidos I

A Aerodinâmica da Bola de Futebol

Equações Constitutivas para Fluidos Newtonianos - Eqs. de Navier- Stokes (cont.):

Arrasto e sustentação

Turbina eólica: conceitos

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 29 Diagrama v-n de Manobra e de Rajada

Convecção Forçada Externa

Aumentam consideravelmente o coeficiente de sustentação de um aerofólio Slots. Flapes

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 34 Cálculo Estrutural da Fuselagem

1.3.1 Princípios Gerais.

1 05 Voo o Ho H r o i r z i o z n o t n al, l, Voo o Pla l na n do, o, Voo o As A cend n ent n e Prof. Diego Pablo

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 17 Diagrama v-n de Manobra, Vôo em Curva e Envelope de Vôo

Suponha que a velocidade de propagação v de uma onda sonora dependa somente da pressão P e da massa específica do meio µ, de acordo com a expressão:

Análise Dimensional e Semelhança

Mecânica Geral. Aula 04 Carregamento, Vínculo e Momento de uma força

RESPOSTA: C. a) só a I. b) só a II. c) só a III. d) mais de uma. e) N.d.a. RESPOSTA: C

INTRODUÇÃ.D 2.1 Escalas de movimento do ar, As radiações solar e terrestre como causas do vento, Movimento do ar causado pelas forças do g

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2016/17

considerações a priori

Mecânica dos Fluidos. Aula 11 Equação da Continuidade para Regime Permanente. Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

MÁQUINAS HIDRÁULICAS AULA 15 TURBINAS A VAPOR PROF.: KAIO DUTRA

Sempre que há movimento relativo entre um corpo sólido e fluido, o sólido sofre a ação de uma força devido a ação do fluido.

Ponto de Separação e Esteira

Disciplina: Camada Limite Fluidodinâmica

Professor: José Junio Lopes

física caderno de prova instruções informações gerais 13/12/2009 boa prova! 2ª fase exame discursivo

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2012/13

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2015/16

Fundamentos sobre o funcionamento e projeto de aeronaves.

Departamento de Engenharia Mecânica. ENG 1011: Fenômenos de Transporte I

Objetivos da segunda aula da unidade 6. Introduzir a classificação da perda de carga em uma instalação hidráulica.

Capítulo 6: Escoamento Externo Hidrodinâmica

A atmofera em movimento: força e vento. Capítulo 9 - Ahrens

Mecânica Geral. Aula 05 - Equilíbrio e Reação de Apoio

RESUMO MECFLU P2. 1. EQUAÇÃO DE BERNOULLI Estudo das propriedades de um escoamento ao longo de uma linha de corrente.

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2015/16

AULA A 1 INTRODUÇÃ INTR O ODUÇÃ E PERDA D A DE CARGA Profa Pr. C e C cília cília de de Castr o Castr o Bolina.

Escoamentos Externos

MEDIDAS DE VAZÃO ATRAVÉS DE VERTEDORES

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2013/14

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2014/15

Gerador Eólico de 24kW

Fenômenos de Transporte

Apostila de Física 31 Hidrostática

h coeficiente local de transferência de calor por convecção h coeficiente médio de transferência de calor por convecção para toda a superfície

Capítulo 3. Introdução ao Movimento dos Fluidos

Disciplina: Camada Limite Fluidodinâmica

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2015/16

Introdução ao Projeto de Aeronaves. Aula 10 Características do Estol e Utilização de Flapes na Aeronave

LISTA DE EXERCÍCIOS FENÔMENOS DE TRANSPORTE - ESTÁTICA DOS FLUIDOS -

Vazão O movimento de um fluido, termo que define liquido e gases em uma tubulação, duto ou canal, é denominado fluxo.

LISTA 03. Trabalho, energia cinética e potencial, conservação da energia

TEORIA DE VOO. Vinícius Roggério da Rocha. MonolitoNimbus.com.br/ComissarioNerd

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2013/14

Exercício 71: Exercício 72: Resposta Respostas Exercício 73:

1 a experiência Escoamento ao redor de um cilindro

LISTA DE EXERCÍCIOS - PRA FENÔMENOS DE TRANSPORTE

Fenómenos de Transferência I

Resistência dos Materiais

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2017/18

h coeficiente local de transferência de calor por convecção h coeficiente médio de transferência de calor por convecção para toda a superfície

LEIS DE NEWTON. a) Qual é a tensão no fio? b) Qual é a velocidade angular da massa? Se for necessário, use: sen 60 = 0,87, cos 60 = 0,5.

Capítulo 6: Escoamento Externo Hidrodinâmica

FÍSICA. Adote a aceleração da gravidade g = 10 m/s 2.

Água na atmosfera. Capítulo 5 - Ahrens

XXVII CPRA LISTA DE EXERCÍCIOS FÍSICA (CINEMÁTICA)

Resistência dos Materiais

Transferência de energia sob a forma de calor

Equação de Bernoulli. Vamos considerar um fluido com densidade ρ constante, em escoamento estacionário em uma tubulação sem derivações (Fig.18).

FENÔMENOS DE TRANSPORTES

1) Determine o peso de um reservatório de óleo que possui uma massa de 825 kg.

1 02 Fl F u l i u d i os o,, At A m t os o fe f ra r,, E scoa o ment n o t Prof. Diego Pablo

ELEMENTOS BÁSICOS PARA O PROJETO DE UMA ESTRADA

FATEC - SP Faculdade de Tecnologia de São Paulo. ESTACAS DE CONCRETO PARA FUNDAÇÕES - carga de trabalho e comprimento

Tecidos Especiais para Compósitos Avançados. By: Sinésio Baccan

Física II Ondas, Fluidos e Termodinâmica USP Prof. Antônio Roque Aula 14

Capitulo 6. Escoamento Externo

FÍSICA - 1 o ANO MÓDULO 27 TRABALHO, POTÊNCIA E ENERGIA REVISÃO

Aula 11 Conhecimentos Técnicos sobre Aviões

a) o módulo da aceleração do carrinho; (a c = 0,50 m/s) b) o módulo da aceleração do sistema constituído por A e B; (a = 4,0 m/s 2 )

INSTITUTO FEDERAL DA BAHIA

PROJETO DE AERONAVES Uma abordagem teórica sobre os conceitos de aerodinâmica, desempenho e estabilidade Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J.

ANALISE AERODINÂMICA DE PÁS DE UM GERADOR EÓLICO

Exercícios Propostos

1 = Pontuação: Os itens A e B valem três pontos cada; o item C vale quatro pontos.

Bombas & Instalações de Bombeamento

Laboratório de Física I. Experiência 3 Determinação do coeficiente de viscosidade de líquidos. 26 de janeiro de 2016

Vestibular Comentado - UVA/2011.1

Departamento de Física - ICE/UFJF Laboratório de Física II

Disciplina: Camada Limite Fluidodinâmica

Segunda Lei da Termodinâmica

CAPÍTULO 3 DINÂMICA DOS FLUIDOS ELEMENTAR EQUAÇÃO DE BERNOULLI 1ª PARTE

Fenômenos de Transporte I Lista de Exercícios Conservação de Massa e Energia

Centro de gravidade de um corpo é o ponto onde podemos supor que seu peso esteja aplicado.

Sumário. Da Terra à Lua. Movimentos no espaço 02/11/2015

Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Aerodinâmica 1º Semestre 2014/15

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS.

PG0054 Transferência de Calor B

Transcrição:

Mecânica dos Fluidos Aplicado MFA - AULA 07 Arrasto e Sustentação Nessa seção iremos observar a interferência de objetos durante o escoamento, causando o que conhecemos por arrasto e porque a sustentação é tão importante para vôos comerciais. MFA 2 ⁰ Sem/2010 @ AMB

Escoamentos Externos Análise de escoamento do ar fortemente aplicado aos estudos da engenharia aeronáutica em torno de componentes de uma aeronave, por exemplo. Aerodinâmica responsável por grande parte do conhecimento acumulado sobre o assunto. Escoamento Externo contempla o estudo do escoamento em torno de uma pá de turbina, automóveis, edificações, dutos submarinos, sedimentos em rios, etc. 2

Escoamentos Externos Existem duas formas de se classificar o escoamento externo Re < 5 escoamento deslizante ou escorregamento de Stokes; raramente ocorre na engenharia (escoamento em torno de gotículas de pulverização e glóbulos vermelhos do sangue). Re > 1000 Escoamento imerso incompressível envolvendo objetos como carros helicópteros, submarinos, aeronaves (baixas velocidades), decolagem e aterrisagem de aviões comerciais, edificações, pás de turbinas. Escoamento de líquidos que envolvem superfícies livres, como experimentados por navios ou pilares de pontes. Escoamento compressíveis envolvendo objetos a altas velocidades (v > 100 m/s) como aviões, mísseis e projéteis. 3

Escoamento Externo Escoamentos Imersos incompressíveis alto número de Reynolds: Escoamentos em torno de corpos rombudos Escoamentos em torno de corpos carenados 4

Escoamento Externo Escoamento influenciado pela presença de um contorno ou outro objeto Nosso interesse determinação do arrasto e da sustentação Arrasto força que o escoamento exerce sobre o corpo em sua própria direção. Sustentação atua na direção normal à do escoamento, sendo de interesse para as formas de aerofólios. 5

Forças de Arrasto e Sustentação Força de Arrasto (F ) e Força de Sustentação (F ) são apresentados A S na forma adimensional pelos coeficientes de arrasto (C A ) e sustentação (C S ): C A = F A 1 2 v2 A C S = F S 1 2 v2 A onde A é a área e v a velocidade. Aerofólios a área se baseia na corda (linha que conecta a borda posterior com o nariz) 6

Escoamento em Corpos Imersos Coeficiente de Arrasto Para escoamentos permanentes e incompressíveis, onde os efeitos da gravidade, térmicos e de tensão superficial são desprezados, o parâmetro principal que influencia o escoamento é o número de Reynolds (outro valor ocasional é a rugosidade relativa). Para uma esfera escoando em um tubo e Re < 0,1: C A = 24 Re Re > 1000 95% do arrasto é devido ao arrasto de forma (força de arrasto decorrente da pressão sobre o corpo) e 5% é devido ao arrasto de atrito (a força de arrasto decorrente das tensões de cisalhamento agindo no corpo). 7

Escoamento em Corpos Imersos Coeficiente de Arrasto Não existem resultados experimentais disponíveis para Re > 10 ⁶ para uma esfera e Re > 6. 10 ⁷ para um cilindro; Entretanto, valores de C = 0,2 para uma esfera e C = 0,4 para um A A cilindro em Reynolds alto, é aceitável. Arrasto em corpo rombudo é dominado pelo escoamento na região separada, ou seja, trata-se de arrasto de pressão. Corpo Carenado a região separada é desprezível; quando o escoamento na camada limite puder ser determinado, o arrasto será devido ao atrito. 8

Coeficientes de Arrastos - Cilindros Coeficientes de arrasto para cilindros de comprimento finito e cilindros elipticos. 9

Coeficientes de Arrastos Objetos Rombudos 10

Exemplo Um painel de sinalização quadrado, medindo 3 m x 3 m, é fixado no topo de um mastro de 18 m de altura e um diâmetro de 0,3 m. Calcule o valor aproximado do torque máximo que a base do mastro deve resistir para uma velocidade do vento de 30,5 m/s. 11

Sustentação e Arrasto em Aerofólios Aerofólio corpo carenado projetado para reduzir o gradiente de pressão e assim evitar a separação. Portanto, sem a separação, o arrasto ocorre principalmente devido a tensão de cisalhamento na parede, que resulta das forças de viscosidade na camada limite. 12 Inviscid flow = fluido não viscoso; Boundary layer = camada limite; chord = corda; angle of attack = ângulo de ataque

Sustentação e Arrasto em Aerofólios Camada limite é muito delgada, a sustentação sobre um aerofólio pode ser aproximada pela integração da distribuição de pressão, como fornecida pela solução do escoamento não viscoso. Entretanto, trabalharemos apenas com os resultados empíricos. Coeficientes de arrasto para aerofólios usa-se uma área projetada maior, ou seja, a área plana (que é a corda c) multiplicada pelo comprimento L do aerofólio. Assim: C A = F A 1 2 v2 c L C S = F S 1 2 v2 c L 13

Coeficientes de Sustentação e Arrasto para Aerofólio Coeficientes de sustentação e arrasto para um aerofólio típico: Re= v c =9 106 14

Coeficientes de Sustentação e Arrasto para Aerofólio Aerofólio com projeto especial, C pode ser tão baixo A quanto 0,0035, porém o C S máximo é aproximadamente 1,5. Na condição de cruzeiro, C é cerca de 0,3, S correspondendo a um ângulo de ataque de aproximadamente 2 ⁰, longe da condição de estol (cerca de 16 ⁰) Em aterrissagem e decolagem, os flapes são utilizados para aumentar a corda e o ângulo de ataque, resultando em coeficientes de sustentação maiores a baixas velocidades; as fendas são usadas para injetar ar da região de alta pressão (parte de baixo do aerofólio) na região de baixa pressão, evitando assim a separação da camada limite. 15

C pode atingir 2,5 com um flape de fenda única e 3,2 S com um flape de duas fendas 16 Para o cálculo da sustentação em aviões, é utilizado o comprimento efetivo da asa, ou a envergadura, considerada a distancia de ponta a ponta. Uma velocidade menor resulta em economia de combustível, ainda que o aeroplano opere por mais tempo, pois o consumo depende da potência necessária (F A. v); portanto, o consumo de combustível depende do cubo da velocidade

Breve Glossário Região Separada região onde o escoamento é recirculante Esteira região com deficiência de velocidade que se expande devido a difusão. Carenamento (streamlining) corresponde a dar um formato afunilado ao corpo, isto é, atribuir-lhe uma característica fluido dinâmica por alguma alteração do perfil. Quando um corpo é carenado, sua área superficial aumenta, eliminando a maior parte do arrasto de pressão, mas aumentando o arrasto de atrito na superfície. Camada limite é uma camada fina anexa ao contorno, no qual os efeitos da viscosidade estão concentrados. Corda uma linha conectando a borda posterior com o nariz. Estol condição de escoamento em que ocorre a separação próxima à porção frontal sobre um corpo carenado Separação para corpos rombudo de Reynolds alto, é inevitável. 17

Comentários - tamanho finito de um aerofólio. Devido à alta pressão na parte inferior e à baixa pressão na parte superior do aerofólio, surge um vórtice de ponta nas extremidades do aerofólio. Os vórtices distribuídos se juntam em dois grandes vórtices posteriores, os vórtices de fuga. Os vórtices de fuga podem ser vistos como duas riscas brancas de vapor d'água atrás de um avião a grande altitude, persistindo por até 15 km. Os vórtices de fuga podem fazer com que aviões de pequeno porte entrem em parafuso 18

Exemplo Um avião leve pesa 10000 N, sua envergadura mede 12 m, sua corda mede 1,8 m e é prevista uma carga de 2000 N. Calcule (a) a velocidade de decolagem, para um ângulo de ataque de 8 ⁰, (b) a velocidade de estol do aerofólio convencional e (c) a potência requerida pelo aerofólio durante o percurso de cruzeiro a 50 m/s. 19