O que é camada de limite – definição

Camada limite

Em geral, quando um fluido flui sobre uma superfície estacionária , por exemplo, a placa plana, o leito de um rio ou a parede de um tubo, o fluido que toca a superfície é interrompido pela tensão de cisalhamento na parede. A região na qual o fluxo se ajusta da velocidade zero na parede ao máximo na corrente principal do fluxo é denominada camada limite . O conceito de camadas limite é importante em toda a dinâmica de fluidos viscosos e também na teoria da transferência de calor.

As características básicas de todas as camadas limite laminar e turbulenta são mostradas no fluxo em desenvolvimento sobre uma placa plana. Os estágios da formação da camada limite são mostrados na figura abaixo:

As camadas de limite podem ser laminares ou turbulentas, dependendo do valor do número de Reynolds .

O número de Reynolds é a proporção de forças de inércia para as forças viscosas e é um parâmetro conveniente para prever se uma condição de escoamento vai ser laminar ou turbulento. É definido como

em que V é a velocidade média do fluxo, D uma dimensão linear característica, ρ densidade do fluido, μ viscosidade dinâmica e ν viscosidade cinemática.

Para números mais baixos de Reynolds , a camada limite é laminar e a velocidade no sentido do fluxo muda uniformemente à medida que a pessoa se afasta da parede, conforme mostrado no lado esquerdo da figura. À medida que o número de Reynolds aumenta (com x), o fluxo se torna instável e, finalmente, para números mais altos de Reynolds, a camada limite é turbulenta e a velocidade do fluxo é caracterizada por fluxos instáveis ​​(mudando com o tempo) dentro da camada limite.

A transição da camada limite laminar para a turbulenta ocorre quando o número de Reynolds em x excede Re _x ~ 500.000 . A transição pode ocorrer mais cedo, mas depende principalmente da rugosidade da superfície . A camada limite turbulenta espessa mais rapidamente do que a camada limite laminar como resultado do aumento da tensão de cisalhamento na superfície do corpo.

O fluxo externo reage à borda da camada limite, assim como faria à superfície física de um objeto. Portanto, a camada limite fornece a qualquer objeto uma forma “efetiva” que geralmente é ligeiramente diferente da forma física. Definimos a espessura da camada limite como a distância da parede até o ponto em que a velocidade é 99% da velocidade do “fluxo livre”.

Para tornar as coisas mais confusas, a camada limite pode decolar ou se “separar” do corpo e criar uma forma eficaz muito diferente da forma física. Isso acontece porque o fluxo na fronteira tem energia muito baixa (em relação à corrente livre) e é mais facilmente impulsionado por mudanças na pressão.

Referência especial: Schlichting Herrmann, Gersten Klaus. Teoria da camada limite, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2000, ISBN: 978-3-540-66270-9