¿Cómo podemos garantizar un flujo uniforme sin un gradiente de presión?

Una vez que se mueve una masa de fluido, se sigue moviendo sin ningún gradiente de presión. Eso es como una masa rígida que se mueve en el espacio. A menos que una fuerza externa actúe sobre ella, su impulso no cambiará y seguirá moviéndose a velocidad constante para siempre. Para los fluidos, esto se traduce en un fluido que solo cambiará su velocidad si algún esfuerzo actúa sobre él, ya sea un gradiente de presión a lo largo del flujo o un esfuerzo cortante que actúa paralelo al flujo (debido a la viscosidad y un gradiente de velocidad a través del flujo). Entonces, la única forma de asegurar un flujo uniforme es asegurarse de que NO haya gradiente de presión. Si hay un gradiente de presión, el fluido cambiará su velocidad y no será un flujo uniforme. En primer lugar, debe hacer que el fluido se mueva, y eso necesita un gradiente de presión, pero una vez que se mueve, debe eliminar el gradiente de presión si desea mantener un flujo constante y uniforme.

Cuando hay flujo a lo largo de una placa plana, hay tensiones viscosas que actúan sobre la placa debido al lavado del fluido a lo largo de la superficie. Por reacción, hay una fuerza de la placa que ralentiza el fluido (a través de la acción de la viscosidad) cerca de la placa. Esta región de fluido ralentizado se llama capa límite. Fuera de la capa límite, la corriente principal de flujo continúa a su velocidad constante. Las fuerzas viscosas reducen la velocidad del fluido cerca de la pared. Ese fluido se desacelera por el esfuerzo cortante. Pero esa fuerza no cambia la presión sabia de la corriente. Simplemente ralentiza el fluido cerca de la pared.

En un túnel de viento, generalmente se desea tener un flujo constante y uniforme a través de la mayor parte de la sección de prueba. Pero hay capas límite a lo largo de las paredes tal como las hay en la placa plana experimental. A medida que avanza aguas abajo, la capa límite crece a medida que una capa de fluido cada vez más gruesa se ralentiza por la viscosidad que actúa entre las capas de fluido que se deslizan entre sí. Esta acumulación de más y más fluido de movimiento lento a lo largo de la pared obliga al flujo principal a desviarse un poco de las paredes. Eso obligaría a acelerar el flujo principal y eso causaría un ligero gradiente de presión a lo largo de la sección de prueba. Esto no es deseable en la mayoría de los casos. Entonces tenemos que diseñar túneles de viento para compensar. Podríamos inclinar ligeramente las paredes hacia afuera, hacia la dirección aguas abajo. Pero una forma más simple e inteligente es colocar una pequeña pieza en cada una de las esquinas y luego darle forma a esa pieza para que se haga más pequeña aguas abajo. El área abierta en expansión a medida que avanza aguas abajo compensa el área de crecimiento ocupada por la capa límite. Esto ayuda a mantener un gradiente de presión cero en el flujo principal a lo largo de la sección de prueba.

El gradiente de presión a través de un elemento fluido conduce a una fuerza sobre él en la dirección del gradiente. Esta fuerza conduce a una aceleración representada por

[matemáticas] \ frac {\ partial u} {\ partial x} = 0 [/ matemáticas]

Por flujo uniforme, si se refiere a un flujo que no se está acelerando, podemos ver que no necesita gradiente de presión.

De manera análoga a un cuerpo sólido que se mueve con una velocidad constante cuando las fuerzas externas desequilibradas no actúan sobre él, una parcela fluida (y su totalidad) se mueve a una velocidad constante.

Considerando una capa límite sobre una placa plana, suceden cosas interesantes. Una desaceleración viscosa del fluido en la capa límite conduce a una reducción en el caudal másico dentro de la capa límite. Sin embargo, la inercia del flujo de flujo libre externo mantiene el flujo. Aunque hay una desaceleración de las partículas que se mueven a lo largo de una línea de corriente dentro de la capa límite, la magnitud de esta desaceleración es bastante pequeña (una de las deducciones clave en las aproximaciones de la capa límite de Prandtl).

Simple, pones el gradiente de presión de aceleración por delante de la placa.

El aire tiene masa y cualquier masa sigue la Primera Ley de Newton.

Weltner tiene información completa en un documento. Ver su figura 3

Weltner en PDF – “Interpretaciones erróneas de la Ley de Bernoulli”:

http://user.uni-frankfurt.de/~we…

Un fluido o gas que fluye sobre una placa desarrolla una capa límite en la que la velocidad no es lineal. La presión hace que un fluido fluya sobre una placa estacionaria. En un avión, la superficie se mueve contra el aire estacionario.

Porque sin gradiente de presión no habrá flujo.

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