Introducción

En 1904, Prandtl sugirió dividir el movimiento fluido en 2 regiones: una región delgada cercana al objeto en donde los efectos de rozamiento son importantes y otra en donde estos efectos pueden despreciarse. Aquí se desarrollará principalmente la región en donde es importante la fricción (capa límite).

Distribución de velocidad en la capa limite

Distribución de velocidad en la capa limite

No existe una linea divisoria entre la región de flujo potencial (en donde la fricción es despreciable) y la capa limite, pero se acostumbra a definir la capa límite como la región donde la velocidad del fluido (paralela a la superficie) es menor al 1% respecto de la velocidad de corriente libre. El espesor de la capa limite (8) crece desde el borde de ataque a lo largo de la superficie (sobre la cual se mueve el fluido). En el borde de ataque de una placa plana, el espesor es cero, pero en el frente de un cuerpo sin punta hay un espesor finito aún en el punto de estancamiento. El borde de ataque es el inicio de la superficie, es decir, la primera zona de contacto entre el fluido y la superficie plana. Inicialmente, el flujo en el interior de la capa limite es laminar, pero como la capa crece a lo largo de la superficie, aparece una región de transición y el flujo en la capa limite puede hacerse turbulento si la superficie es suficientemente larga. La secuencia laminar-transición-turbulencia se presenta en todos los flujos si la superficie es suficientemente larga, independientemente de si la corriente libre es laminar o turbulenta; pero a medida que el grado de turbulencia de la corriente libre se incrementa, la transición de flujo laminar a turbulento en la capa limite ocurre más pronto, es decir, más cerca al borde de ataque. La secuencia laminar-transición-turbulencia se muestra en la siguiente figura:

Flujo en la capa límite sobre una placa plana

Flujo en la capa límite sobre una placa plana

En flujos donde la presión varia a lo largo de la superficie (como el flujo sobre una superficie curva), la variación de presión normal a la superficie es despreciable dentro de la capa limite. Se supone entonces que la distribución de presión en la capa limite está impuesta solamente por el gradiente de presión del flujo potencial en la corriente libre ubicada fuera de la capa limite.

La forma del perfil de velocidad y la tasa de incremento del espesor de la capa limite dependen del gradiente de presión fip/fix; si la presión crece en la dirección del flujo, el espesor de la capa limite crece rápidamente y los perfiles de velocidad serán como en la figura siguiente. Si este gradiente de presión adverso es suficientemente grande, entonces ocurrirá la separación del flujo seguida de una región de flujo invertido (el punto de separación es aquel en donde δu/δy|y=0 = 0). Si la presión disminuye en la dirección del flujo, el espesor de la capa limite se incrementa gradualmente. En la figura, u es la velocidad paralela a la pared (en la dirección x) y y es la coordenada normal a la pared.

Perfiles de velocidades para flujo sobre una placa plana donde δp/δx > 0

Perfiles de velocidades para flujo sobre una placa plana donde δp/δx > 0

Los ejes de referencia están ubicados sobre un punto del flujo, en el sentido de continuum, por esta razón, es la superficie la que se "mueve", produciéndose así el punto de separación.

Jue, 22/05/2014 - 18:12