analisis de capa limite en una placa plana lisa
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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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8/21/2019 Analisis de Capa Limite en Una Placa Plana Lisa
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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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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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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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= 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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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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2.- Para Re= 5x10^5 -> U = 0.05025
Goal Name Unit ValueAveragedValue
SG X - Component of Force1 [N] 0,002193541 0,002193787
Equation Goal 1 [ ] 0,001740897 0,001741093
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3.- Para Re= 3x10^5 -> U = 0.03015
Goal Name Unit ValueAveragedValue
SG X - Component of Force1 [N] 0,001023942 0,001024101
Equation Goal 1 [ ] 0,002257356 0,002257708
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4.- Para Re= 8x10^6 -> U = 0.804
Goal Name Unit ValueAveragedValue
GG X - Component of Force1 [N] 0,138956155 0,138956361
Equation Goal 1 [ ] 0,00043079 0,00043079
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5.- Para Re= 4x10^6 -> U = 0.402
Goal Name Unit ValueAveragedValue
GG X - Component of Force1 [N] 0,049192823 0,049193064
Equation Goal 1 [ ] 0,000610027 0,00061003
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6.- Para Re= 2x10^6 -> U = 0.201
Goal Name Unit ValueAveragedValue
GG X - Component of Force1 [N] 0,017425415 0,01742556
Equation Goal 1 [ ] 0,000864352 0,000864359
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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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8.- Para Re= 10^7 -> V = 1.005
Goal Name Unit ValueAveragedValue
GG X - Component of Force1 [N] 0,194133038 0,194133215
Equation Goal 1 [ ] 0,000385183 0,000385183
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