O que é Força de Fricção Aerodinâmica – Definição

Força de fricção aerodinâmica

Como foi escrito, quando um fluxo de fluido sobre uma superfície estável , por exemplo, a placa plana, o leito de um rio, ou a parede de um tubo, o fluido de tocar a superfície é trazido para descanso pela tensão de corte para a 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 . Portanto, um fluido em movimento exerce forças tangenciais de cisalhamento na superfície devido à condição de não escorregamento causada por efeitos viscosos. Esse tipo de força de arrasto depende principalmente da geometria, da rugosidade da superfície sólida (somente em fluxo turbulento ) e do tipo de fluxo de fluido. A força de atrito aerodinâmico é proporcional à área da superfície. Portanto, corpos com uma área de superfície maior sofrerão um arrasto de atrito maior. É por isso que os aviões comerciais reduzem sua área total de superfície para economizar combustível. O arrasto de atrito é uma forte função da viscosidade, e um fluido “idealizado” com viscosidade zero produziria arrasto de atrito zero, uma vez que a tensão de cisalhamento da parede seria zero.

O atrito da pele é causado pelo arrasto viscoso na camada limite ao redor do objeto. 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:

Camadas de limite pode ser laminar ou turbulento , dependendo do valor do número de Reynolds .

Para números de Reynolds mais baixos , a camada limite é laminar e a velocidade no sentido do fluxo muda uniformemente à medida que 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.

Existem duas maneiras de diminuir a resistência ao atrito :

• o primeiro é moldar o corpo em movimento para que o fluxo laminar seja possível
• o segundo método é aumentar o comprimento e diminuir a seção transversal do objeto em movimento, tanto quanto possível.

O coeficiente de atrito da pele , C _{D, atrito} , é definido por

Deve-se notar que o coeficiente de atrito da pele é igual ao fator de atrito de Fanning . O fator de atrito de Fanning, nomeado após John Thomas Fanning, é um número sem dimensão, que é um quarto do fator de atrito de Darcy . Como pode ser visto, existe uma conexão entre as forças de atrito da pele e as perdas na cabeça de atrito .

Veja também: Fator de atrito de Darcy

Para o fluxo laminar em um tubo, o fator de atrito de Fanning (coeficiente de atrito da pele) é uma consequência da lei de Poiseuille que é dada pelas seguintes equações:

Em fluxos turbulentos , no entanto, as coisas são mais difíceis, pois o fator de atrito depende fortemente da rugosidade do tubo . O fator de atrito para o fluxo de fluido pode ser determinado usando um gráfico Moody . Por exemplo:

O componente de atrito da força de arrasto é dado por: