A medida que un objeto se mueve a través de la atmósfera, las moléculas de gas de la atmósfera cerca del objeto se alteran y se mueven alrededor del objeto. Se generan fuerzas aerodinámicas entre el gas y el objeto. La magnitud de estas fuerzas depende de la forma del objeto, la velocidad del objeto, la masa del gas que pasa por el objeto y de otras dos propiedades importantes del gas; la viscosidad o pegajosidad del gas y la compresibilidad o elasticidad del gas. Para modelar adecuadamente estos efectos, los aerodinámicos usan parámetros de similitud que son proporciones de estos efectos a 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 se está modelando correctamente. Los valores representativos de las propiedades del aire se dan en otra página, pero el valor real del parámetro depende del estado del gas y de la altitud.
Las fuerzas aerodinámicas dependen de manera compleja de la viscosidad del gas. Cuando un objeto se mueve a través de un gas, las moléculas de gas se adhieren a la superficie. Esto crea una capa de aire cerca de la superficie, llamada capa límite, que, en efecto, cambia la forma del objeto. El flujo de gas reacciona al borde de la capa límite como si fuera la superficie física del objeto. Para hacer las cosas más confusas, la capa límite puede separarse del cuerpo y crear una forma efectiva muy diferente de la forma física. Y para hacerlo aún más confuso, las condiciones de flujo en y cerca de la capa límite son a menudo inestables (cambian en el tiempo). La capa límite es muy importante para determinar el arrastre de un objeto. Para determinar y predecir estas condiciones, los aerodinámicos se basan en pruebas de túnel de viento y análisis informáticos muy sofisticados.
El parámetro de similitud importante para la viscosidad es el número de Reynolds. El número de Reynolds expresa la relación entre fuerzas inerciales (resistentes al cambio o al movimiento) y fuerzas viscosas (pesadas y pegajosas). A partir de un análisis detallado de la ecuación de conservación del momento, las fuerzas de inercia se caracterizan por el producto de la densidad r por la velocidad V por el gradiente de la velocidad dV / dx. Las fuerzas viscosas se caracterizan por el coeficiente de viscosidad dinámica mu tiempos el segundo gradiente de la velocidad d ^ 2V / dx ^ 2. El número de Reynolds Re se convierte en:
Re = (r * V * dV / dx) / (mu * d ^ 2V / dx ^ 2)
El gradiente de la velocidad es proporcional a la velocidad dividida por una escala de longitud L. De manera similar, la segunda derivada de la velocidad es proporcional a la velocidad dividida por el cuadrado de la escala de longitud. Entonces:
Re = (r * V * V / L) / (mu * V / L ^ 2)
Re = (r * V * L) / mu
El número de Reynolds es un número adimensional. Los valores altos del parámetro (del orden de 10 millones) indican que las fuerzas viscosas son pequeñas y el flujo es esencialmente no viscoso. Las ecuaciones de Euler se pueden utilizar para modelar el flujo. Los valores bajos del parámetro (del orden de 100) indican que se deben considerar las fuerzas viscosas.
El número de Reynolds se puede simplificar aún más si usamos el nu de viscosidad cinemática que es igual a la viscosidad dinámica dividida por densidad:
nu = mu / r
Re = V * L / nu
Aquí» un programa Java para calcular el coeficiente de viscosidad y el número de Reynolds para diferentes altitudes, longitudes y velocidades.
Para cambiar los valores de entrada, haga clic en el cuadro de entrada (negro en blanco), retroceda sobre el valor de entrada, escriba su nuevo valor y presione la tecla Enter en el teclado (esto envía su nuevo valor al programa) .Verá los cuadros de salida (amarillo sobre negro) cambiar el valor. use unidades imperiales o métricas y puede ingresar el número Mach o la velocidad usando los botones del menú. Simplemente haga clic en el botón del menú y haga clic en su selección. Se muestran el número Mach adimensional y el número Reynolds ed en blanco sobre cuadros azules. Si es un usuario experimentado de esta calculadora, puede usar una versión elegante del programa que se carga más rápido en su computadora y no incluye estas instrucciones. También puede descargar su propia copia del programa para ejecutar línea haciendo clic en este botón:
La Calculadora de parámetros de similitud fue modificada en mayo de 2009 por Anthony Vila, un estudiante en la Universidad de Vanderbilt, durante una sesión de prácticas de verano en NASA Glenn.
Para algunos problemas podemos dividir el Reynolds por la escala de longitud para obtener el número de Reynolds por pie Ref. Esto viene dado por:
Ref = V / nu
The Reynolds El número por pie (o por metro) obviamente no es un número adimensional como el número de Reynolds.Puede determinar el número de Reynolds por pie usando la calculadora especificando la escala de longitud en 1 pie.
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