Capa límite de velocidad
En general, cuando un fluido fluye a través de una superficie estacionaria , por ejemplo, la placa plana, la cama de un río, o la pared de un tubo, el fluido de tocar la superficie se lleva a resto por el esfuerzo de cizallamiento a la pared. La región en la que el flujo se ajusta desde la velocidad cero en la pared hasta un máximo en la corriente principal del flujo se denomina capa límite . El concepto de capas límite es importante en todas las dinámicas de fluidos viscosos y también en la teoría de la transferencia de calor.
Las características básicas de todas las capas límite laminares y turbulentas se muestran en el flujo de revelado sobre una placa plana. Las etapas de la formación de la capa límite se muestran en la siguiente figura:
Capas límite pueden ser laminar o turbulento en función del valor de la número de Reynolds .
Ver también: capa límite
Capa límite térmica
De manera similar, a medida que se desarrolla una capa límite de velocidad cuando hay flujo de fluido sobre una superficie, debe desarrollarse una capa límite térmica si la temperatura total y la temperatura de la superficie difieren. Considere fluir sobre una placa plana isotérmica a una temperatura constante de T de la pared . En el borde de ataque del perfil de temperatura es uniforme con T mayor . Las partículas fluidas que entran en contacto con la placa alcanzan el equilibrio térmico a la temperatura de la superficie de la placa. En este punto, el flujo de energía se produce en la superficie únicamente por conducción.. Estas partículas intercambian energía con las de la capa de fluido adyacente (por conducción y difusión), y se desarrollan gradientes de temperatura en el fluido. La región del fluido en la que existen estos gradientes de temperatura es la capa límite térmica . Su grosor , δ t , se define típicamente como la distancia del cuerpo a la cual la temperatura es el 99% de la temperatura encontrada en una solución invisible. Con el aumento de la distancia desde el borde de ataque, los efectos de la transferencia de calor penetran más en la corriente y la capa límite térmica crece.
La relación de estos dos espesores (velocidad y capas límite térmicos) se rige por el número de Prandtl , que se define como la relación de difusividad impulso a la difusividad térmica . Un número de unidad de Prandtl indica que el momento y la difusividad térmica son comparables, y que las capas límite de velocidad y térmica casi coinciden entre sí. Si el número de Prandtl es menor que 1, como es el caso del aire en condiciones estándar, la capa límite térmica es más gruesa que la capa límite de velocidad. Si el número de Prandtl es mayor que 1, la capa límite térmica es más delgada que la capa límite de velocidad. El aire a temperatura ambiente tiene un número de Prandtl de 0,71 y paraagua a 18 ° C es alrededor de 7,56 , lo que significa que la difusividad térmica es más dominante para el aire que para el agua.
Del mismo modo que para el número de Prandtl , el número de Lewis relaciona físicamente el grosor relativo de la capa térmica y la capa límite de transferencia de masa (concentración). El número de Schmidt relaciona físicamente el grosor relativo de la capa límite de velocidad y la capa límite de transferencia de masa (concentración).
donde n = 1/3 para la mayoría de las aplicaciones en las tres relaciones. Estas relaciones, en general, son aplicables solo para flujo laminar y no son aplicables a capas límite turbulentas ya que la mezcla turbulenta en este caso puede dominar los procesos de difusión.
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