Espesor de la capa límite
Esta página describe algunos de los parámetros utilizados para caracterizar el grosor y la forma de las capas límite formadas por el fluido que fluye a lo largo de una superficie sólida. La característica definitoria del flujo de la capa límite es que en las paredes sólidas, la velocidad del fluido se reduce a cero. La capa límite se refiere a la capa de transición delgada entre la pared y el flujo de fluido a granel. El concepto de capa límite fue desarrollado originalmente por Ludwig Prandtl [1] y se clasifica ampliamente en dos tipos, limitado e ilimitado . [2] Cada uno de los tipos principales tiene un subtipo laminar , transicional y turbulento .Los dos tipos de capas límite utilizan métodos similares para describir el grosor y la forma de la región de transición con un par de excepciones detalladas en la sección Capa límite ilimitada. Las caracterizaciones que se detallan a continuación consideran el flujo constante, pero se pueden extender fácilmente a un flujo inestable.
Capas límite delimitadas es un nombre que se utiliza para designar el flujo de fluido a lo largo de una pared interior de modo que las otras paredes interiores inducen un efecto de presión sobre el flujo de fluido a lo largo de la pared en cuestión. La característica definitoria de este tipo de capa límite es que el perfil de velocidad normal a la pared asíntota suavemente, sin pico , a un valor de velocidad constante denotado como u e ( x ) . El concepto de capa límite delimitada se representa para un flujo constante que ingresa a la mitad inferior de un canal 2-D de placa plana delgada de altura H en la Figura 1 (el flujo y la placa se extienden en la dirección positiva / negativa perpendicular a xy-avión). Se dan ejemplos de este tipo de flujo de capa límite para el flujo de fluido a través de la mayoría de las tuberías, canales y túneles de viento. El canal 2-D representado en la Figura 1 está estacionario con fluido que fluye a lo largo de la pared interior con una velocidad promediada en el tiempo u ( x , y ) donde x es la dirección del flujo e y es la normal a la pared. La línea discontinua H / 2 se agrega para reconocer que se trata de una situación de flujo de canal o tubería interior y que hay una pared superior ubicada sobre la pared inferior que se muestra en la imagen. La figura 1 muestra el comportamiento del flujo para Hvalores que son mayores que el espesor máximo de la capa límite pero menores que el espesor en el que el flujo comienza a comportarse como un flujo exterior. Si la distancia de pared a pared, H , es menor que el espesor de la capa límite viscosa, entonces el perfil de velocidad, definido como u ( x , y ) en x para todo y , adquiere un perfil parabólico en la dirección y y la el espesor de la capa límite es solo H / 2.
En las paredes sólidas de la placa, el fluido tiene velocidad cero ( condición de límite sin deslizamiento ), pero a medida que se aleja de la pared, la velocidad del flujo aumenta sin alcanzar un pico y luego se acerca a una velocidad media constante u e ( x ) . Esta velocidad asintótica puede cambiar o no a lo largo de la pared dependiendo de la geometría de la pared. El punto donde el perfil de velocidad alcanza esencialmente la velocidad asintótica es el espesor de la capa límite . El espesor de la capa límite se representa como la línea discontinua curva que se origina en la entrada del canal en la Figura 1. Es imposible definir una ubicación exacta en la que el perfil de velocidad alcanza la velocidad asintótica . Como resultado, una serie deLos parámetros de espesor de la capa límite, generalmente indicados como , se utilizan para describir escalas de espesor características en la región de la capa límite. También es de interés la forma del perfil de velocidad, que es útil para diferenciar los flujos de la capa límite laminar de los turbulentos. La forma del perfil se refiere al comportamiento y del perfil de velocidad a medida que pasa a u e ( x ).
