¿Qué es la fuerza de fricción aerodinámica? Definición

Fuerza de fricción aerodinámica

Como se ha escrito, 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 descansar por la tensión 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 . Por lo tanto, un fluido en movimiento ejerce fuerzas de corte tangenciales en la superficie debido a la condición antideslizante causada por los efectos viscosos. Este tipo de fuerza de arrastre depende especialmente de la geometría, la rugosidad de la superficie sólida (solo en flujo turbulento ) y del tipo de flujo de fluido.. La fuerza de fricción aerodinámica es proporcional al área de superficie. Por lo tanto, los cuerpos con un área de superficie más grande experimentarán un arrastre de fricción mayor. Es por eso que los aviones comerciales reducen su superficie total para ahorrar combustible. El arrastre por fricción es una función importante de la viscosidad, y un fluido “idealizado” con viscosidad cero produciría un arrastre de fricción cero ya que el esfuerzo de corte de la pared sería cero.

La fricción de la piel es causada por un arrastre viscoso en la capa límite alrededor del objeto. 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 .

Para los números de Reynolds más bajos , la capa límite es laminar y la velocidad de la corriente cambia uniformemente a medida que uno se aleja de la pared, como se muestra en el lado izquierdo de la figura. A medida que aumenta el número de Reynolds (con x) el flujo se vuelve inestable y, finalmente, para los números de Reynolds más altos, la capa límite es turbulenta y la velocidad de la corriente se caracteriza por flujos de remolino inestables (que cambian con el tiempo) dentro de la capa límite.

La transición de la capa límite laminar a turbulenta ocurre cuando el número de Reynolds en x excede Re _x ~ 500,000 . La transición puede ocurrir antes, pero depende especialmente de la rugosidad de la superficie . La capa límite turbulenta se espesa más rápidamente que la capa límite laminar como resultado del aumento de la tensión de corte en la superficie del cuerpo.

Hay dos formas de disminuir el arrastre por fricción :

• el primero es dar forma al cuerpo móvil para que sea posible el flujo laminar
• El segundo método es aumentar la longitud y disminuir la sección transversal del objeto en movimiento tanto como sea posible.

El coeficiente de fricción de la piel , C _{D, fricción} , se define por

Cabe señalar que el coeficiente de fricción de la piel es igual al factor de fricción de Fanning . El factor de fricción de Fanning, llamado así por John Thomas Fanning, es un número adimensional, que es un cuarto del factor de fricción de Darcy . Como se puede ver, existe una conexión entre las fuerzas de fricción de la piel y las pérdidas de carga por fricción .

Ver también: factor de fricción Darcy

Para el flujo laminar en una tubería, el factor de fricción de Fanning (coeficiente de fricción de la piel) es una consecuencia de la ley de Poiseuille que se da mediante las siguientes ecuaciones:

En flujos turbulentos , sin embargo, las cosas son más difíciles, como el factor de fricción depende en gran medida de la rugosidad de la tubería . El factor de fricción para el flujo de fluido se puede determinar utilizando un gráfico Moody . Por ejemplo:

El componente de fricción de la fuerza de arrastre viene dado por: