analisis de capa limite en una placa plana lisa

8/21/2019 Analisis de Capa Limite en Una Placa Plana Lisa

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ANALISIS DE CAPALMITE EN UNA

PLACA PLANA LISA

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E

T R U J I L L O

F A C U L T A D D E I N G E N I E R I A

E S C U E L A D E I N G E N I E R I A

M E C A N I C A

V I I C I C L O

M E C A N I C A F E F L U I D O S I I

DOCENTE:

ALUMNOS:

Haro Castillo Albert.

Ruiz Snchez Wilinthon Javier


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METODOLOGIA DE LA ENSEENZA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERIA MECANICA ~ 1 ~

MECANICA

FEF

LUIDOS

II

1.- RESUMEN

En este trabajo se analiz el coeficiente de arrastre de una placa plana, la cual no presentarugosidad; es decir, se analiz las grficas para las distintas Reynolds, obteniendo su

respectivo CD.

La metodologa que se aplic, para simular la capa limite en una placa lisa, se emple como

estrategia de solucin el mtodo de dinmica de fluidos computacional (DFC) y se propone

la solucin empleando el software Solidwork.

Cuando el Reynolds crece, ms rpidamente la curva CDversus se separa de la zona

lisa para entrar a la zona de transicin en su camino a la zona rugosa.

Para esto se toma como modelo de la placa una superficie como se muestra una figura (a) .

fig. a. Modelo a analizar


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

2.- OBJETIVO.

Objetivo general

- Determinar la relacin existente entre el coeficiente de arrastre nmero de

Reynolds

Objetivos Especficos

- Calcular las velocidad del fluido para diferentes nmeros de Reynold- Especificar las tablas para cada anlisis desarrollado con los diferentes nmeros de

Reynolds.- Determinar el comportamiento de la curva

3.- CONCEPTUALIZACIN DEL PROBLEMA

El problema consiste en el anlisis del flujo de agua sobre un perfil rectangular hueco

como se muestra anteriormente (Fig.a.) para determinar los valores de los coeficientes de

arrastre para distintos nmeros de Reynolds. Durante este proceso se tiene primero que

encontrar la velocidad del fluido, luego esta se introducir al software como condicion de

frontera del mismo modo que la presin y la temperatura al inicio y al final de la placa. Las

hiptesis planteadas para el anlisis establecen un fluido incompresible y homogneo, flujo

bidimensional en estado permanente. La placa presenta una pared ideal y la otra es real.

Dadas las condiciones luego planteamos las relaciones que nos permitirn cumplir con los

objetivos:

Numero Reynolds Local:

; despejando la velocidad (U) se tiene:

Coeficiente de Arrastre :


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

4.- MARCO TEORICO

Capa lmite laminar y turbulenta

En un flujo fluido real, la velocidad disminuye en proximidad de la pared debido a laviscosidad que no permite el deslizamiento de las partculas sobre las fronteras rgidas, es

decir, la velocidad del fluido sobre la pared es cero. Como resultado de este fenmeno

resulta que los gradientes de velocidad y los esfuerzos tangenciales son mximos en estazona que se denomina capa lmite. La velocidad sobre la pared es cero y se incrementa al

alejarse, aproximndose en forma asinttica a la velocidad del flujo externo.

La capa lmite, normalmente es muy delgada, pero cuando el flujo se mueve sobre un

cuerpo, una mayor cantidad de partculas son retardadas por efecto del esfuerzo de corte yla capa lmite aumenta su espesor progresivamente aguas abajo.

En el caso de superficies lisas, la capa lmite es laminar, ya que las partculas de fluido se

mueven en capas lisas. Pero al aumentar el espesor, sta se vuelve inestable y se transformaen una capa lmite turbulenta, donde las partculas de fluido se mueven en forma ms o

menos catica alrededor de una velocidad media, Fig. 1.7.

Capa lmite laminar sobre una placa plana

Resolviendo estas ecuaciones de la capa lmite laminar para una geometra simple como lade una placa plana se obtiene la resistencia aerodinmica de una cara


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MECANICA

FEF

LUIDOS

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= longitud de la placa, b = ancho de la placa y A = b , Fig. 1.8.

Capa Lmite TurbulentaCuando en la placa plana el nmero de Reynolds oscila entre 0.5 106y 106la capa lmitese hace turbulenta. Este valor crtico de Reynolds depende de varios factores, como:

- La turbulencia inicial del flujo.- El borde de ataque.

- La rugosidad de la placa.Adems, para nmeros de Reynolds menores que 2500, la teora de la capa lmite falla,

pues el espesor de la capa es grande. La teora de la capa lmite ha sido desarrollada con la

hiptesis de que su espesor es pequeo y pierde validez si esta suposicin no se cumple.La capa lmite laminar proporciona una menor resistencia por friccin. Sin embargo, en

muchas ocasiones es preferible tener capa lmite turbulenta. Esta situacin se suele

presentar en ciertos perfiles aerodinmicos en los cuales la capa lmite turbulenta, conmayor energa que la laminar, permanece adherida al perfil a mayores ngulos de ataque

evitando as que el perfil entre en prdida de manera brusca por el desprendimiento de la

capa lmite.El coeficiente de arrastre por friccin en la placa plana es una funcin de la rugosidad de

la placa y del nmero de Reynolds como se puede apreciar en el grafico:


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LUIDOS

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4.- MODELO FSICO Y DOMINIO COMPUTACIONAL

Se muestra en la imagen que sigue, teniendo bien definida su geometra y el volumen de control que

se va a analizar.

Fig.b. Dominio Computacional

Dimensiones:


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5.- ANALISIS.

Evaluacin de los coeficientes de arrastre para distintos Reynolds a travs

Solidworks Flow Simulation (software)

1.- Para Re= 2x10^6 -> U = 0.20100

Goal Name Unit ValueAveragedValue

SG X - Component of Force1 [N] 0,01742639 0,017426424

Equation Goal 1 [ ] 0,0008644 0,000864402


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

2.- Para Re= 5x10^5 -> U = 0.05025



Equation Goal 1 [ ] 0,001740897 0,001741093


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

3.- Para Re= 3x10^5 -> U = 0.03015



Equation Goal 1 [ ] 0,002257356 0,002257708


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

4.- Para Re= 8x10^6 -> U = 0.804


GG X - Component of Force1 [N] 0,138956155 0,138956361

Equation Goal 1 [ ] 0,00043079 0,00043079


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO INGENIERIA MECANICA ~ 10

MECANICA

FEF

LUIDOS

II

5.- Para Re= 4x10^6 -> U = 0.402



Equation Goal 1 [ ] 0,000610027 0,00061003


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

6.- Para Re= 2x10^6 -> U = 0.201



Equation Goal 1 [ ] 0,000864352 0,000864359


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

7.- Para Re= 5x10^6 -> U = 0.5025

Goal Name Unit Value

Averaged

ValueGG X - Component of Force1 [N] 0,068719542 0,068713205

Equation Goal 1 [ ] 0,000545391 0,00054534


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MECANICA

FEF

LUIDOS

II

8.- Para Re= 10^7 -> V = 1.005



Equation Goal 1 [ ] 0,000385183 0,000385183


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MECANICA

FEF

LUIDOS

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