ETSIA ETSIA INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN ETSIA ETSIA
En un movimiento a altos números de Reynolds, los efectos viscosos En un movimiento a altos números de Reynolds, los efectos viscosos
son despreciables. La presencia de un obstáculo obliga a imponer la son despreciables. La presencia de un obstáculo obliga a imponer la condición de velocidad nula en el mismo, pero esto no es posible si no condición de velocidad nula en el mismo, pero esto no es posible si no condición de velocidad nula en el mismo, pero esto no es posible si no condición de velocidad nula en el mismo, pero esto no es posible si no cuentan los efectos viscosos en una región cercana a la pared, de
cuentan los efectos viscosos en una región cercana a la pared, de espesor pequeño frente a la longitud del obstáculo, denominada
espesor pequeño frente a la longitud del obstáculo, denominada ““capa capa límite”
límite”..
En cuerpos fuselados con la corriente alineada convenientemente, la En cuerpos fuselados con la corriente alineada convenientemente, la
capa límite no se desprende, pero en cuerpos romos (y fuselados con capa límite no se desprende, pero en cuerpos romos (y fuselados con la corriente no alineada) la capa límite se desprende y la resistencia la corriente no alineada) la capa límite se desprende y la resistencia la corriente no alineada) la capa límite se desprende y la resistencia la corriente no alineada) la capa límite se desprende y la resistencia aerodinámica del cuerpo aumenta considerablemente
aerodinámica del cuerpo aumenta considerablemente..
UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA ÓRDENES DE MAGNITUD ÓRDENES DE MAGNITUD ETSIA ETSIA
ETSIA
ETSIA ÍÍ
ETSIA
ETSIA ECUACIONES de la CAPA LÍMITE LAMINAR INCOMPRESIBLEECUACIONES de la CAPA LÍMITE LAMINAR INCOMPRESIBLE
Condiciones de contorno e “inicial” Condiciones de contorno e “inicial”
Relación entre la presión y velocidad exterior Relación entre la presión y velocidad exterior
UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA Variables adimensionalesVariables adimensionales ETSIA
ETSIA
Ecuaciones en forma adimensional Ecuaciones en forma adimensional
Las ecuaciones no dependen del número de Reynolds Las ecuaciones no dependen del número de Reynolds
Las dos ecuaciones se pueden reducir a una única utilizando Las dos ecuaciones se pueden reducir a una única utilizando la función de corriente
la función de corriente la función de corriente la función de corriente
ETSIA
ETSIA ÍÍ
ETSIA
ETSIA ESPESORES DE LA CAPA LÍMITEESPESORES DE LA CAPA LÍMITE Espesor de desplazamiento
Espesor de desplazamiento
Espesor de cantidad de movimiento Espesor de cantidad de movimientopp
Caso compresible Caso compresible UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
ETSIA
ETSIA ÓÓ
ETSIA
ETSIA RESISTENCIA DE FRICCIÓN RESISTENCIA DE FRICCIÓN
RESISTENCIA DE FORMA RESISTENCIA DE FORMA
Resistencia Dp de un perfil aerodinámico (sólo de fricción) y Resistencia Dp de un perfil aerodinámico (sólo de fricción) y Relación entre ambas
Relación entre ambas
Resistencia, Dp, de un perfil aerodinámico (sólo de fricción) y Resistencia, Dp, de un perfil aerodinámico (sólo de fricción) y de un cilindro circular , Dc, (solo de forma)
de un cilindro circular , Dc, (solo de forma)
UPM UPM
Para que tengan la misma resistencia es necesario que c/R Para que tengan la misma resistencia es necesario que c/R
l í d l R ld d i >>R l í d l R ld d i >>R UPM
ETSIA ETSIA
EFECTO DE LA SUCCIÓN Y EL SOPLADO EFECTO DE LA SUCCIÓN Y EL SOPLADO ETSIA
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA (1908). Solución de CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA (1908). Solución de BLASIUS (1883
BLASIUS (1883 1970)1970) ETSIA
ETSIA BLASIUS (1883BLASIUS (1883--1970)1970)
Ecuaciones de la capa límite de BLASIUS Ecuaciones de la capa límite de BLASIUS
Condiciones de contorno Condiciones de contorno Condiciones de contorno Condiciones de contorno UPM UPM Análisis dimensional Análisis dimensional UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA. Solución de CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA. Solución de BLASIUS (Cont )
BLASIUS (Cont ) ETSIA
ETSIA BLASIUS (Cont.)BLASIUS (Cont.)
Ecuación a resolver y condiciones de contorno Ecuación a resolver y condiciones de contorno
Resultados Resultados Resultados Resultados
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA. Solución de CAPA LIMITE SOBRE UNA PLACA PLANA. Solución de BLASIUS (Cont )
BLASIUS (Cont ) ETSIA
ETSIA BLASIUS (Cont.)BLASIUS (Cont.)
UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER--SKANSKAN ETSIA
ETSIA ETSIA
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER--SKAN (Cont.)SKAN (Cont.) ETSIA ETSIA UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER
SOLUCIONES DE SEMEJANZA DE FALKNER--SKAN (Cont.)SKAN (Cont.) ETSIA
ETSIA
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE TÉRMICA. Ecuación de la energía (incompresible) CAPA LIMITE TÉRMICA. Ecuación de la energía (incompresible) ETSIA ETSIA Órdenes de magnitud Órdenes de magnitud Órdenes de magnitud Órdenes de magnitud Pr >> 1 Pr >> 1 Di i ió i d i bl Di i ió i d i bl UPM UPM
Disipación viscosa despreciable Disipación viscosa despreciable
UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE TÉRMICA. Flujo de calor CAPA LIMITE TÉRMICA. Flujo de calor ETSIA ETSIA Número de NUSSELT Número de NUSSELT Pr >> 1 Pr >> 1
Forma final de la ecuación de la energía (flujo incompresible) Forma final de la ecuación de la energía (flujo incompresible) Forma final de la ecuación de la energía (flujo incompresible) Forma final de la ecuación de la energía (flujo incompresible)
Placa plana (Blasius) Placa plana (Blasius)
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE TÉRMICA. Flujo de calor CAPA LIMITE TÉRMICA. Flujo de calor ETSIA
ETSIA Placa plana (Blasius)Placa plana (Blasius)
Aproximación del Nusselt: Aproximación del Nusselt: Solución exacta Solución exacta UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE TÉRMICA. CAPA LIMITE TÉRMICA. ETSIA
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA EcuacionesEcuaciones
UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Ecuación de cantidad de movimientoEcuación de cantidad de movimiento
Condiciones de contorno Condiciones de contorno
Corriente exterior Corriente exterior
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Importancia relativa de las fuerzas de flotabilidadImportancia relativa de las fuerzas de flotabilidad
Convección forzada Convección forzada
Convección natural o libre Convección natural o libre
UPM UPM
Convección natural o libre Convección natural o libre
Velocidad característica de la convección libre Velocidad característica de la convección libre UPM
UPM
Espesor de la capa límite viscosa con convección libre Espesor de la capa límite viscosa con convección libre
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección forzada. Los efectos de flotabilidad son Convección forzada. Los efectos de flotabilidad son despreciables porque
despreciables porque
Convección forzada Temperatura de recuperación Convección forzada Temperatura de recuperación Convección forzada. Temperatura de recuperación Convección forzada. Temperatura de recuperación
Si el
Si el PrandtlPrandtl es Pr = 1es Pr = 1
Si la pared está aislada, la solución de la ecuación anterior con las Si la pared está aislada, la solución de la ecuación anterior con las condiciones es , esto es condiciones es , esto es
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA
Convección forzada. Temperatura de recuperación Convección forzada. Temperatura de recuperación (continuación)
(continuación)
Para una capa límite laminar sin gradiente de presiones Para una capa límite laminar sin gradiente de presiones Si la capa límite es turbulenta (sin gradiente de presiones) Si la capa límite es turbulenta (sin gradiente de presiones)
UPM UPM p ( g p ) p ( g p ) UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección forzada. Analogía de ReynoldsConvección forzada. Analogía de Reynolds
La ecuación de cantidad de movimiento es La ecuación de cantidad de movimiento es
Las ecuaciones y condiciones de contorno para y para son Las ecuaciones y condiciones de contorno para y para son yy pp y py p idénticas, de modo que la solución también lo es
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección forzada. Analogía de Reynolds (continuación)Convección forzada. Analogía de Reynolds (continuación)
D l i ld d d b d i d d d D l i ld d d b d i d d d
UPM UPM
De la igualdad de ambas derivadas se deduce De la igualdad de ambas derivadas se deduce
UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección libreConvección libre
Espesor de la capa límite térmica Espesor de la capa límite térmica
Número de
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección libreConvección libre
Flujo de calor cuando Pr >> 1 Flujo de calor cuando Pr >> 1
Número de
Número de PrandtlPrandtl Pr << 1Pr << 1
UPM UPM Flujo de calor Pr << 1 Flujo de calor Pr << 1 UPM UPM
ETSIA ETSIA
CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. CAPA LIMITE BIDIMENSIONAL COMPRESIBLE Y ESTACIONARIA. ETSIA
ETSIA Convección libreConvección libre Número de
Número de PrandtlPrandtl ~ 1~ 1
Ecuaciones para la convección libre Ecuaciones para la convección libre
Donde se ha supuesto que la disipación viscosa, el trabajo de las fuerzas másicas y el Donde se ha supuesto que la disipación viscosa, el trabajo de las fuerzas másicas y el
ETSIA ETSIA ETSIA
ETSIA ContinuidadContinuidad
Cantidad de movimiento Cantidad de movimiento UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Cantidad de movimiento (Ecuación integral de Karman) Cantidad de movimiento (Ecuación integral de Karman)
Energía Energía
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Energía (continuación) Energía (continuación)
UPM
UPM EnergíaEnergía UPM
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Solución para el caso de fluidos incompresibles Solución para el caso de fluidos incompresibles
Se aproxima la velocidad
Se aproxima la velocidad uu por una función que cumpla las por una función que cumpla las condiciones:
condiciones: condiciones: condiciones:
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Método de Pohlhausen Método de Pohlhausen
Se elige una cuártica para el perfil de velocidades en la forma Se elige una cuártica para el perfil de velocidades en la forma
Placa plana a ángulo de ataque nulo Placa plana a ángulo de ataque nulo
UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Placa plana a ángulo de ataque nulo (continuación) Placa plana a ángulo de ataque nulo (continuación)
ETSIA
ETSIA
Métodos integrales en la capa límite
Métodos integrales en la capa límite
ETSIAETSIA
g
g
p
p
Placa plana a ángulo de ataque nulo (ejemplo con Placa plana a ángulo de ataque nulo (ejemplo con perfil lineal de velocidades)
perfil lineal de velocidades)
UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Introducción al movimiento turbulento
Introducción al movimiento turbulento
ETSIAETSIA Experimento de ReynoldsExperimento de Reynolds
Estabilidad. La ecuación de OrrEstabilidad. La ecuación de Orr--SommerfeldSommerfeld
2 * 2 2 2 * 4 4 2 * 2 2 * * * k d k 2 d i U d k d c U
*2 4 * * 2 * * dy k Re dy dy dy 1 0 dy d 0 dy d 1 0 * * y y k* Estable Inestable InestableETSIA
ETSIA
Introducción al movimiento turbulento (continuación)
Introducción al movimiento turbulento (continuación)
ETSIAETSIA
Escala de Kolmogorov, Escala de Kolmogorov,
, escala de torbellinos en los que se , escala de torbellinos en los que sedisipa la energía disipa la energía UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Valores medios
Valores medios
ETSIAETSIA
ETSIA
Ecuaciones de Reynolds.
Ecuaciones de Reynolds.
ETSIA ETSIA UPM UPM UPM UPMETSIA ETSIA
Modelos de turbulencia
Modelos de turbulencia
ETSIA ETSIA
Viscosidad turbulentaViscosidad turbulenta
Teoría de mezcla de PrantlTeoría de mezcla de Prantl
Teoría de semejanza de von KármánTeoría de semejanza de von Kármán
Teoría de semejanza de von KármánTeoría de semejanza de von Kármán
Modelos algebráicos basados en la teoría de mezcla de Prandtl. El más utilizado Modelos algebráicos basados en la teoría de mezcla de Prandtl. El más utilizado
l d B ld i l d B ld i LL es el de Baldwin
es el de Baldwin--Lomax.Lomax.
ETSIA ETSIA
Flujos turbulentos esbeltos
Flujos turbulentos esbeltos
ETSIA ETSIA
Turbulencia libre
Turbulencia libre
UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
Estela bidimensional lejana
Estela bidimensional lejana
ETSIA ETSIA
ETSIA ETSIA
Estela bidimensional lejana (continuación)
Estela bidimensional lejana (continuación)
ETSIA ETSIA UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
Chorro bidimensional lejano
Chorro bidimensional lejano
ETSIA ETSIA
ETSIA ETSIA
Chorro bidimensional lejano (continuación)
Chorro bidimensional lejano (continuación)
ETSIA ETSIA UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
Movimiento turbulento en tubos
Movimiento turbulento en tubos
ETSIA ETSIA
ETSIA ETSIA
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
i i
t
i i
t
ETSIA
ETSIA
movimiento
movimiento
Ley del defecto de velocidades Ley del defecto de velocidades
UPM UPM UPM UPM
ETSIA ETSIA
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
i i
t (
ti
ió )
i i
t (
ti
ió )
ETSIA
ETSIA
movimiento (continuación)
movimiento (continuación)
–– Zona cercana a la paredZona cercana a la paredETSIA ETSIA
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
Movimiento turbulento en tubos. Regiones del
i i
t (
ti
ió )
i i
t (
ti
ió )
ETSIA
ETSIA
movimiento (continuación)
movimiento (continuación)
–– Región intermedia (zona logarítmica)Región intermedia (zona logarítmica)Solución exterior Solución exterior
Solución exteriorSolución exterior
Solución interiorSolución interior
EmpalmeEmpalme UPM UPM UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Ecuaciones
Ecuaciones
Capa límite turbulenta
Continuidad Cantidad de movimiento 0 U V dx dy ´ ´ e e dU U U U U V U u v x y dx y
y T
i
d
t l i
ld d
T
i
d
t l i
ld d
e e dU dU U U U V U U U U V U U U UTeniendo en cuenta la igualdad
Teniendo en cuenta la igualdad
a t0
e e e e U V U U U U V U U U U x y dx x y dx Se llega a la relación (cantidad de movimiento)
Se llega a la relación (cantidad de movimiento)
Se eg
e c ó (c
d d de
ov
e o)
ETSIA ETSIA ETSIA
ETSIA
Multiplicando por dy e integrando transversalmente
Multiplicando por dy e integrando transversalmente
2 * f edU
d
U U
U
dy
U
U
dy
u
Se obtiene la ecuación integral de Kármán
Se obtiene la ecuación integral de Kármán
* 0U U
U
edy
0U
U
edy
u
dx
dx
g
g
2 * 0 0 e e edU
d
U U
U dy
U
U dy
u
dx
dx
Espesor normalizado
Espesor normalizado
*U
U d
U
*U
e
*8
UPM UPM
* 0 e eu
U
U dy
U
* eu
2
Transformación útil Transformación útil UPM UPM
2 * e e e e e e eU U
U
dy
U
U
U
U
U
U
U
dy
U u
U
U
dy
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Región próxima a la pared
Región próxima a la pared
2 * * *
;
U
~
u
;
u
'
v
'
~
u
~
y
Se caracteriza por esfuerzos de Reynolds y viscosos del mismo orden
Se caracteriza por esfuerzos de Reynolds y viscosos del mismo orden
u
U
2 u *
*
En primera aproximación la E. de C.M. Se reduce a
En primera aproximación la E. de C.M. Se reduce a
1
~
u
~
u
y
U
~
'
v
'
u
*2 u * * * *
p
p
p
p
2 *´ ´
U
0
´ ´
U
u v
u v
u
y
y
y
y
y
y
Los térinos despreciados del primer miembro son del orden de por lo que se admite Los térinos despreciados del primer miembro son del orden de por lo que se admiteU2
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Región próxima a la pared
Región próxima a la pared
La ecuación de cantidad de movimiento se puede escribir como
La ecuación de cantidad de movimiento se puede escribir como
La ecuación de cantidad de movimiento se puede escribir como
La ecuación de cantidad de movimiento se puede escribir como
*
* 1
*2 1
2´ ´
1
;
´ ´
U u
u v
U
u F y
u v
u G
y
1
1
2 * *y
y
yu
u
Siendo
Siendo
y
yu
*
y
*En
En yy
yy
++=0
=0 debe ser
debe ser U=0
U=0 y
y
y
y
u v
´ ´
0
Región Exterior
Región Exterior
e * 2 * * eU
~
u
;
u
'
v
'
~
u
;
con
u
U
U
;
~
y
UPM UPMEcuación de la continuidad
Ecuación de la continuidad
dU
y
V
dU
U
V
e
e
UPM UPMdx
y
V
dx
x
y
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Región Exterior
Región Exterior
Ecuación de la cantidad de movimiento
Ecuación de la cantidad de movimiento
2
U U U U U U
2 * * 2 2 ´ ´ U ue u u e e e e e e e U U dU dU U U U U y d U U U x u v x dx y y y
* 2 * * * 1 1 1 1 Re e u e e U U O u u u Los términos despreciados en la región cercana a la pared eran del
Los términos despreciados en la región cercana a la pared eran del
orden relativo
orden relativo
2 1 1 ~ U ~ U ~ U ~ Ue 2 * e * e * e ETSIA ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA ETSIA
Región Exterior
Región Exterior
La ecuación de la cantidad de movimiento queda
La ecuación de la cantidad de movimiento queda
´ ´
e e e e edU
U
U
dU
U
U
U
U
u v
x
dx
y
dx
y
y
La forma de la solución es (Ley del defecto de velocidades)
La forma de la solución es (Ley del defecto de velocidades)
2
* 2,
;
´ ´
* 2,
;
ey
U
U
e
u F
* 2
,
x
;
u v
u G
* 2
,
x
;
U
U
u F
x
u v
u G
x
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
UPM UPM
La ecuación de la cantidad de movimiento cerca de la pared
La ecuación de la cantidad de movimiento cerca de la pared
para y en la región exterior para
para y en la región exterior para y/
y
* se reduce a
´ ´
UPM UPM
´ ´
0
u v
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
Existe una zona de validez común donde ambas soluciones coinciden.
Existe una zona de validez común donde ambas soluciones coinciden.
Existe una zona de validez común donde ambas soluciones coinciden.
Existe una zona de validez común donde ambas soluciones coinciden.
En esta región se tiene
En esta región se tiene y/
*>>1 pero
pero y/
<<1.. Allí debe ser
Allí debe ser
; U U U U ; EXT INT EXT INT U U y y
De la segunda condición se obtiene
De la segunda condición se obtiene
1 * 1 * INT U dF y u dF u y y dy y y dy 1 dF1 dF2 1 , Constante de Karman 0.41 dF dF y d dy
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
Zona de Acoplamiento (Región Logarítmica)
De la igualdad de velocidades se obtiene
De la igualdad de velocidades se obtiene
* 1 * 1 1 ln ln e U u
C u y B
* 1 * 1 ln ; e U u C C C x B C x u
De la relación anterior se tiene
De la relación anterior se tiene
2 UPM UPM
dx u d u 1 U u ~ U u dx d * * 2 e * e *
UPM UPMque se utilizará más adelante.
que se utilizará más adelante.
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Regiones del movimiento
Regiones del movimiento
Corriente exterior: U = U
e(x)
y
Región exterior (defecto de velocidades)
Zona logarítmica
1 ln e U U y C x g
(
)
2 * * e U ~ u ; u'v' ~ u U Zona logarítmica
1 * * * * ln Determina 8 1 ln e C x u u U U y B u
* y
Región interior
1 2 * 1 u U * y G u ' v ' u ; y F ; ~ y * ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
Las capas límites en equilibrio son aquellas en las que F
Las capas límites en equilibrio son aquellas en las que F
22y G
y G
22sólo
sólo
dependen de y/
dependen de y/
Escribiendo
Escribiendo
2
y
; u'v' u G , con y F u U U e * 2 *2 2 La ecuación de cantidad de movimiento queda
La ecuación de cantidad de movimiento queda
ecu c ó de c
ecu c ó de c
d d de
d d de
ov
ov
e o qued
e o qued
d
dG
d
dF
dx
U
d
u
1
F
dx
u
U
d
u
2 2 e * 2 * e 2 *
UPM UPM
d
d
dx
u
dx
u
*
*
Donde los términos entre corchetes deben ser constantes, en caso
Donde los términos entre corchetes deben ser constantes, en caso
i l
lí i
í d
ilib i
i l
lí i
í d
ilib i
UPM
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
C d
d
é
i
d
ibi
l f
C d
d
é
i
d
ibi
l f
Cada uno de estos términos puede escribirse en la forma
Cada uno de estos términos puede escribirse en la forma
d
dU
2
U
u
d
d
U
d
dU
2
d
u
U
d
e * e e 2 * e 2
dx
u
U
dx
u
dx
u
dx
u
*2 *
*
e
*Como se muestra con el orden de magnitud dado anteriormente para
Como se muestra con el orden de magnitud dado anteriormente para
dx u d u 1 U u ~ U u dx d * * 2 e * e *
Del mismo modo se tiene
Del mismo modo se tiene
ETSIA ETSIA ETSIA ETSIA
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
La ecuación de cantidad de movimiento resultante es
La ecuación de cantidad de movimiento resultante es
d
dG
d
dF
dx
u
d
u
U
F
dx
dU
u
2
* 2 2 2 * e 2 e *
Llamando
Llamando
constante dx dU u e * La ecuación de Kármán proporciona
La ecuación de Kármán proporciona
2
1
u
d
U
e * UPM UPM
2
1
dx
u
* 2 * e
De modo que se obtiene
De modo que se obtiene
UPM UPM
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
P
l
i
i
P
l
i
i
Para ver lo anterior primero vemos que
Para ver lo anterior primero vemos que
* e 0 2 e u U * e 0 U Ue U dy U u U U dy U u
1 ~ u U U 1 U u u 1 O u U * * e * 2 e e * 2 * * e De modo que
De modo que
d u U d dy U U U d d e * 0 e
dx dx
0quedando
quedando
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
L
ió d Ká
á
L
ió d Ká
á
constante dx dU u e * La ecuación de Kármán
La ecuación de Kármán
2 1 dx u d u U * 2 * e junto con
junto con
1 ln u C Ue * u*permiten determinar
permiten determinar
UPM UPM
(deresultadosexperimentales) conoce se si y C u 8 U u * e * UPM UPMETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
ETSIA
ETSIA
Capa límite turbulenta
Capas límites en equilibrio
Capas límites en equilibrio
P
l
l
i
P
l
l
i
Para una placa plana se tiene
Para una placa plana se tiene
0 e U Re ; 2 . 7 8 Re ln 44 . 2 8 8
Una correlación para el coeficiente de fricción es
Una correlación para el coeficiente de fricción es
6 1 Re 020 . 0 4 cf