Secundaria Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

[Ingun]

Hola muchachos, aquí de nuevo con dudas teóricas.

Ando estudiando la sustentación alar, y todo va bien según Bernoulli cuando tenemos un flujo de un fluido que sustenta el ala sin más, disminuyendo la presión de la superficie superior tal y como se ve en la figura:



Todo bien hasta que llegan las turbulencias:




¿Qué es lo que entiendo? Bueno, mi duda:

La velocidad en la superfície alar superior es mayor que en la inferior, por lo que la presión disminuye, produciéndose la sustentación del ala. Se forman turbulencias del fluido al llegar a su "salida" del ala (no he entendido muy bien el porqué se forman), que hacen que haya un retorno circular del fluído hacia la superfície alar superior (de mayor velocidad).

Primera duda: ¿cómo se forma esa turbulencia, que entiendo que no es más que un retorno del fluído? ¿Es que se ha "adelantado a algo"?
Segunda duda: la supresión de las turbulencias tiene algo que ver con la conservación del momento angular. Hasta ahora había entendido la conservación del momento angular en otros ejercicios de cinética, pero ahora ¿de qué manera contribuye a las turbulencias?

Gracias por vuestras respuestas y vuestro tiempo =)

[[Beto]]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Las turbulencias se formar porque el fluido deja de ser laminar, eso quiere decir que ya no puedes modelar como un conjunto de capas que se mueven de forma bonita, entonces a partir de cierta región del ala el fluido no se estará moviendo y el fluido que viene de la parte delantera que si se mueve choca con este y retrocede, formándose así la turbulencia.

La formación de turbulencias no tiene que ver con la conservación de momento angular (o bueno depende de que región tomes como sistema y si es o no aislado), la formación de turbulencias como te indiqué anteriormente tiene que ver con la interacción de un fluido en movimiento con otro que se encontraba cuasi en reposo o a una rapidez inferior, para producirse una especie de choque.

[Breogan]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola:

La turbulencia es un fenómeno demasiado complejo, asi que no me voy meter en camisa de 11 baras. Solo pregunto:

En el caso de un perfil alar la turbulencia que se produce en su descarga no tiene que ver con las diferencias de velocidad y presión entre los flujos superior e inferior del ala, no?

Suerte

[[Beto]]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Yo diría que más tiene que ver con diferencia de velocidades entre la parte delantera y trasera del ala, en el caso del dibujo del primer post sería en la parte superior del perfil, la diferencia de velocidades entre la parte inferior y superior es más responsable del ascenso o descenso del avión.

[Breogan]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola:



Si, como bien decis, la diferencia de presiones entre las partes superior e inferior del ala da como resultado la fuerza ascendente en el perfil, pero en la descarga del ala (donde se juntan los flujos, laminares a bajas velocidades, superior e inferior) tenes dos flujos compresibles con distinta presión y velocidad que hacen que aparezcan velocidades del aire transversales al sentido de movimiento del ala, esto se produce para todas las velocidades, haciéndose mas notable a medida que aumenta la velocidad. A este efecto se refería mi msj anterior

Suerte

[[Beto]]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Si claro, existirá una región y ciertas condiciones para las cuales se formarán turbulencias, pero no recuerdo exactamente cuales eran.

[Ingun]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola, gracias por todas vuestras respuestas.

Me ha quedado clara, al nivel que yo pretendo, la formación de turbulencias en la superfície superior (que es la que tiene mayor velocidad), aunque no entiendo porqué a partir de cierta región de la superfície del ala, el fluido deja de moverse (si alguien pudiera profundizar más ).

Ahora, si el flujo de la turbulencia es circular, ocurrirá que se formará un momento angular, que según mis apuntes, resultar ser conservativo. ¿Tiene alguna relación con la sustentación (aunque sea un efecto negativo)?

Gracias por vuestra ayuda!

[[Beto]]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola, no es que el fluido deje de moverse si no que por la forma del ala el fluido que viene de la parte delantera llega con mayor velocidad y al interaccionar con el aire que está atrás choca y se forma la turbulencia (no choca porque el fluido no se mueva si no porque posiblemente tenía una velocidad diferente), recuerda además que las turbulencias se forman porque se supera el límite donde es válido el régimen laminar y eso está dado por el número de Reynolds, que es directamente proporcional a la velocidad con la que se mueve el fluido, entonces al aumentar la velocidad el fluido se mueve pero de forma turbulenta.

Así no haya una turbulencia circular habrá un momento angular asociado a la rotación del fluido, en este caso si consideramos a todo el fluido como nuestro sistema el momento angular deberá de conservarse.

[Ingun]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola, y gracias por vuestros mensajes.

He comprendido la formación de turbulencias y su relación con el número de Reynolds. No he acabado de entender bien tu apunte sobre el momento angular: ¿se mantiene siempre que haya flujo turbulento? Es decir, no importa la magnitud de las turbulencias, que el momento angular se conserva?? Esto es difícil de comprender, no me cabe en la cabeza.

[wanchufri]

Re: Teoría: relación entre la conservación del momento angular y el empuje en una estructura alar.

Hola!

Se puede explicar mediante la teoría de la capa límite!

Sabemos que la velocidad relativa de un fluido a un sólido en el punto de contacto entre ambas es nulo, debido a una propiedad de los fluidos llamada viscosidad.
En general, el vuelo de un avión, tiene velocidades de 900 km/h, longitudes características del orden de 60 metros ... esto implica números de Reynolds muy altos. En estos casos es aceptable despreciar los efectos viscosos frente a los términos convectivos. Además, si se dresprecia el flujo de calor (solo si Re·Pr >>1) obtenemos que las ecuaciones de Navier-Stokes se simplifican a las ecuaciones de Euler, que describen el movimiento de un fluido ideal.

Uno de los inconvenientes de las ecuaciones de Euler es que solo tienen derivadas primeras respecto a la cordenadas espaciales, con lo cual solo podremos imponer la condición de no-permeabilidad sobre el sólido (V·n = 0 en la superficie) pero no podremos imponer la condición de velocidad nula en la pared, con lo cual obtendremos un campo de velocidades en el que la velocidad del fluido no será nula en la frontera del sólido. No obstante, en la realidad ocurre que la velocidad relativa a la pared es nula.

Lo que ocurre es que hay una zona de espesor muy delgado cercana a la pared donde la velocidad pasa del 99% de la velocidad exterior a cero en la superficie del sólido, en esta zona (de pequeña altura característica frente a la longitud característica transversal), SÍ dominan los efectos viscosos, con lo cual no podemos usar las ecuaciones de Euler. El perfil de velocidades en esta zona es de este estilo



Y por qué se generan esos torbellinos?

Mientras que esa capa límite siga con esa forma, todo será laminar y uniforme. Los gradientes de presión favorables favorecen la aceleración del fluido y que se mantenga esta estructura. Esto ocurre justo detrás del borde de ataque del ala de un avión.

Lo que ocurre es que a partir de ahí, la presión vuelve a aumentar (frenando el fluido), hasta coincidir con la presión de la corriente que pasa por debajo del ala en el borde de salida. Este aumento de presión, frenará al fluido. Pero como la parte mas cercana a la pared tiene menor velocidad, llega a la velocidad nula antes que la parte más lejana, y si sigue el gradiente desfavorable de presiones, la velocidad será negativa, al contrario que la velocidad de la zona mas lejana de la pared, que es positiva. Esto generará esa vorticidad y circulación del aire detrás del ala, este fenomeno se conoce como desprendimiento de la capa límite



A partir de aquí se transmite la vorticidad a lo largo del campo fluido posterior y el movimiento se vuelve caótico (turbulencia), dejando una estela detrás del ala