Cuando un objeto se mueve a través de un fluido, o cuando un fluido pasa por delante de un objeto, las moléculas del fluido cercanas al objeto se perturban y se mueven alrededor del objeto. La magnitud de estas fuerzas depende de la forma del objeto, de la velocidad del objeto, de la masa del fluido que pasa por el objeto y de otras dos propiedades importantes del fluido: la viscosidad, o pegajosidad, y la compresibilidad, o elasticidad, del fluido. Para modelar adecuadamente estos efectos, los ingenieros aeroespaciales utilizan parámetros de similitud, que son relaciones entre estos efectos y otras fuerzas presentes en el problema. Si dos experimentos tienen los mismos valores para los parámetros de similitud, entonces la importancia relativa de las fuerzas está siendo modelada correctamente.
Las fuerzas aerodinámicas dependen de forma compleja de la viscosidad del fluido. A medida que el fluido pasa por delante del objeto, las moléculas situadas junto a la superficie se adhieren a ella. Las moléculas situadas justo por encima de la superficie se ven frenadas en sus colisiones con las moléculas pegadas a la superficie, que a su vez frenan el flujo justo por encima de ellas. Cuanto más se aleja uno de la superficie, menos colisiones se producen en la superficie del objeto. Esto crea una fina capa de fluido cerca de la superficie en la que la velocidad cambia de cero en la superficie al valor de la corriente libre lejos de la superficie. Los ingenieros llaman a esta capa la capa límite porque se produce en el límite del fluido.
Los detalles del flujo dentro de la capa límite son muy importantes para muchos problemas de la aerodinámica, incluyendo la pérdida del ala, el arrastre por fricción de la piel en un objeto y la transferencia de calor que se produce en el vuelo de alta velocidad.Desafortunadamente, los detalles físicos y matemáticos de la teoría de la capa límite están más allá del alcance de esta guía para principiantes y normalmente se estudian en los últimos años de la universidad. En la diapositiva mostramos la variación de la velocidad en el sentido de la corriente desde la corriente libre hasta la superficie. En realidad, los efectos son tridimensionales. A partir de la conservación de la masa en tres dimensiones, un cambio en la velocidad en la dirección de la corriente causa un cambio en la velocidad en las otras direcciones también. Hay un pequeño componente de velocidad perpendicular a la superficie que desplaza o mueve el flujo por encima de ella. Se puede definir el espesor de la capa límite como la cantidad de este desplazamiento. El grosor del desplazamiento depende del número de Reynolds, que es la relación entre las fuerzasinerciales (resistentes al cambio o al movimiento) y las fuerzas viscosas (pesadas y pegajosas) y viene dado por la ecuación : El número de Reynolds (Re) es igual a la velocidad (V) por la densidad (r) por una longitud característica (l) dividida por el coeficiente de viscosidad (mu).
Re = V * r * l / mu
Las capas límite pueden ser laminares (en capas), o turbulentas (desordenadas)dependiendo del valor del número de Reynolds.Para números de Reynolds bajos, la capa límite es laminar y la velocidad en sentido de la corriente cambia uniformemente a medida que uno se aleja de la pared, como se muestra en el lado izquierdo de la figura.Para números de Reynolds más altos, la capa límite es turbulenta y la velocidad en el sentido de la corriente se caracteriza por flujos inestables (que cambian con el tiempo) que se arremolinan en el interior de la capa límite.El flujo externo reacciona ante el borde de la capa límite igual que lo haría ante la superficie física de un objeto.Así, la capa límite da a cualquier objeto una forma «efectiva» que suele ser ligeramente diferente de la forma física.Para hacer las cosas más confusas, la capa límite puede levantarse o «separarse» del cuerpo y crear una forma efectiva muy diferente de la forma física. Esto ocurre porque el flujo en el límite tiene una energía muy baja (en relación con la corriente libre) y es más fácil de conducir por los cambios de presión. Los efectos de la capa límite en la sustentación están contenidos en el coeficiente de sustentación y los efectos en la resistencia están contenidos en el coeficiente de arrastre.
NOTA HISTÓRICA: La teoría que describe los efectos de la capa límite fue presentada por primera vez por Ludwig Prandtl a principios de 1900. Las ecuaciones generales de los fluidos se conocían desde hacía muchos años, pero las soluciones de las ecuaciones no describían correctamente los efectos de flujo observados (como las pérdidas de alas). Prandtl fue el primero en darse cuenta de que la magnitud relativa de las fuerzas inerciales y viscosas cambiaba de una capa muy cercana a la superficie a una región alejada de la misma. Propuso por primera vez la solución de dos capas acopladas interactivamente, que modela adecuadamente muchos problemas de flujo.
Actividades:
Visitas guiadas
-
Fuentes de arrastre: 
- Entrada:
Navegación ..
Guía para principiantes Página principal
