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Arrasto e sustenção em escoamento de corpos imersos

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ANA BOÇON

on 6 June 2013

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Transcript of Arrasto e sustenção em escoamento de corpos imersos

Quando um corpo encontra-se imerso e interage com um fluido, ou seja, envolto por um gás ou líquido, ele é denominado: Escoamento Externo Áreas de estudo Engenharia oceânica Aerodinâmica Engenharia Eólica Hidrodinâmica Bóias Âncoras Quebra-mar Estacas Turbinas eólicas Edifícios Navios Submarinos Torpedos Natação Glóbulos vermelhos Motos Automóveis Aviões Esqui Ciclismo Projéteis Foguetes Escoamentos em corpos totalmente, ou parcialmente, imersos podem ser denominados por "fluidodinâmica". BRUNETTI, 2008 A geometria do corpo Pressões diferentes sobre a superfície Parâmetros para análise
destes tipos de escoamento: Número de Reynolds Re<10 - Escoamento deslizante Re>1000 - Escoamentos incompressíveis - Escoamentos em uma superfície livre
- Escoamentos compressíveis Escoamentos incompressíveis Corpos Rombudos Corpos Carenados Com superfícies planas que leva em consideração as camadas-limites laminares e turbulentas, Geralmente é analisado de maneira empírica por dados relevantes. Camada Limite Corpo Rombudo Corpo Carenado clt - camada limite turbulenta
cll - camada limite laminar O corpo imerso está sujeito a forças derivados do escoamento. FOX, 2001 O Arrasto é a força sobre o corpo quando se escolhe o eixo paralelo à corrente livre. O momento sobre este eixo é chamado de momento de rolamento e infere perda no escoamento. A sustentação é a força perpendicular ao arrasto. O momento sobre a sustentação é conhecido como momento de guinada. Força Lateral e o momento de Arfagem não inferem ganho ou perda para o escoamento. Todo o corpo que se desloca em paralelo a linha da corrente livre sofrerá forças de cisalhamento em sua superfície gerando o arrasto. WHITE, 2008 Arrasto O que é Corpos bi e tridimensionas Simetria V paralela à Linha de corda Apenas
Arrasto Grande parte do conhecimento relacionado ao arrasto foi obtido através de inúmeros experimeantos utilizando túnel de vento, tanques de prova, túnel de água ente outros equipamentos. MUNSON, 2004 Coeficiente de arrasto [Adimensional] Tradicional tributo a Euler e Bernoulli Força de arrasto [N] Área do corpo [m²] Velocidade [m/s] Massa específica do fluido [Kg/m³] Equação do coeficiente de Arrasto O arrasto é a soma de dois tipos de arrastos, embora seja difícil separá-los na prática é possível prever o ponto de separação utilizando a teoria da camada-limite. Esse arrasto é muito pequeno quando o numero de Reynolds é muito alto. Em corpos rombudos ou com o numero de Reynolds baixo ele se torna a maior parte do arrasto Arrasto por atrito Arrasto pela pressão Deve-se pela distribuição de pressão agindo sobre o objeto. Devido ao formato do corpo a pressão sobre ele será diferente. Arrasto
por Atrito Tensão de cisalhamento Ângulo [º]onde haverá a separação do escoamento Variação de área MUNSON, 2004 Arrasto
pela Pressão Pressão sobre o corpo Área onde a pressão está atuando Ângulo [º]onde haverá a separação do escoamento Sustentação O que é A sustentação acontece quando uma força normal elevada é fornecida pelo corpo a corrente livre e possui um arrasto bem pequeno. WHITE, 2008 As forças de sustentação e arrasto dependem deste ângulo Coeficiente de sustentação [Adimensional] Tradicional tributo a Euler e Bernoulli Força de sustentação [N] Área do corpo [m²] Velocidade [m/s] Massa específica do fluido [Kg/m³] Equação do coeficiente de Sustentação Os corpos de sustentação mais comuns agem em uma extensa faixa de numero de Reynolds onde dentro da camada limite e da esteira ficam contidos os efeitos viscosos. MUNSON, 2004 A tensão de cisalhamento tem pouco efeito A distribuição da pressão na superfície é responsável pela maior parte de sustentação. Aplicações na engenharia Veículos de rodagem Principal melhoria alcançada por estes estudos foi a diminuição do Coeficiente de arrasto dos automóveis através da mudança de formas da área frontal. Idealiza-se hoje, um
Ca ≈ 0,15 para um automóvel comercial, entretanto se consegue um arrasto próximo de 0,3. Evolução na redução do coeficiente Atualmente Mudaram sua geometria Chanfro de 25º no sentido do solo quadruplicou a força de sustentação Este chanfro gera maior tração nos pneus duplicando o arrasto Aerofólios O aerofólio, por ser um corpo carenado, não apresenta separação em sua camada-limite e sofre somente o arrasto por atrito decorrente da tensão de cisalhamento na parede. POTTER, 2004 O atrito pode ser calculado usando as equações simplificadas de Navier-Stokes.
A sustentação pode ser calculado de maneira aproximada integrando a distribuição de pressão que envolve o aerofólio. Dos cálculos Definimos a área A dos coeficientes de sustentação e arrasto como sendo:
c - corda
L - comprimento do aerofólio Equação do coeficiente de Sustentação e Arrasto para aerofólios Em aerofólios convencionais o coeficiente de
sustenção Cs é diretamente
proporcional
ao ângulo α. Aeronaves Para uma aeronave, o aerofólio é o principal responsável pela sustentação. A movimentação para fora dos flapes das asas aumenta a corda e em conseqüência o ângulo de ataque do flape. Ar sob pressão desloca
Baixo movimento
Evita separação da CL
Mantem a sustentação Exercício Um jato executivo pesando 50 kN e tem uma área de asa de 30m². A aeronave voa em condições de cruzeiro a 10 km de altitude padrão com um coeficiente de arrasto de 0,018 e um coeficiente de sustentação de 0,2. (a) Calcule a velocidade de cruzeiro em km/h e (b) qual a potência necessária para manter a velocidade de cruzeiro? Project Falcon
Auto Desk Solução: A massa específica do ar a 10 km de altitude é 0.4125 kg/m³.

(a)Utilizando a equação 5 e isolando a velocidade teremos: (b)Sabendo a velocidade usa-se a equação da potência:

BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluídos. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.

MUNSON, Bruce R.; YOUNG, Donald F.; OKIISHI, Theodore H.. Fundamentos da Mecânica dos Fluidos. 1. ed. São Paulo: Edgard Blüncher LTDA, 2004.

POTTER, Merle C.; WIGGERT, David C.. Mecânica dos Fluidos. 1.ed. São Paulo : Cengage Learning, 2004.

WHITE, Frank M.. Mecânica dos fluidos. 6. ed. Porto Alegre : AMGH, 2008.

FOX, Robert W.; McDONALD, Alan T.; PRITCHARD, Philip J.. Introdução à Mecânica dos fluidos. 7. ed. Rio de Janeiro : LTC, 2001. Referências Bibliográficas Wind Tunnel
Apple - Ipad Pontes VI SEMINÁRIO DE FENÔMENOS DE TRANSPORTE Envergadura
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