Qual forma tem o maior coeficiente de arrasto?
On Dezembro 10, 2020 by adminEsta imagem da NASA ilustra os coeficientes de arrasto para várias formas:
É geralmente aceito que alguma variação do formato de lágrima / aerofólio tem o menor coeficiente de arrasto. Eu queria saber qual forma tem o maior coeficiente de arrasto. A imagem sugere que é uma placa plana e essa parece ser uma resposta intuitivamente correta, mas isso está correto?
Existe alguma outra forma (talvez com uma frente côncava ou traseira em relação ao movimento) que tem um coeficiente de arrasto ainda maior?
Comentários
- Uma superfície côncava não aumentaria o arrasto significativamente. Se você pensar sobre isso, o ar " se acumularia " no oco e agiria geralmente como um hemisfério. Se você olhar as fotos de paraquedas, verá que a forma côncava tradicional funciona porque os fabricantes colocaram um furo no centro. O buraco geralmente permite fluxo de ar suficiente para remover preocupações com o ar " empilhando " e diminuindo o arrasto geral.
- Depende do que você inclui nas " formas ". Você poderia ter uma haste longa com muitas palhetas projetando-se
Resposta
De acordo com Sighard Hoerner “s Arrasto dinâmico de fluido , esta seria a meia-esfera com o lado aberto exposto ao vento. Seu coeficiente de arrasto é 1,42. tem um coeficiente de arrasto de 2,3 (coluna da direita no gráfico abaixo).
Se você restringir a competição a objetos sólidos, ainda assim a meia esfera ganha com um coeficiente de arrasto de 1,17. Em todos os casos, a área de referência é a seção transversal ortogonal à direção do fluxo.
s Fluid Dynamic Drag, Capítulo 3
Figura 33 do Fluid Dynamic Drag de Sighard Hoerner, Capítulo 3.
Observe que o diferença no arrasto de meias esferas devido à sua orientação é usada no anemômetro s para medir o wi velocidade nd. Quando a face aberta é afastada do vento, seu coeficiente de arrasto cai para 0,42.
A razão para a diferença, e o grande arrasto quando o lado aberto é exposto ao vento, é a separação maciça ao redor e atrás da esfera. O ar que flui de dentro e sobre a borda da esfera vai precisar de algum espaço para “girar”, aumentando efetivamente a seção transversal bloqueada que o fluxo externo experimenta. Quando o lado redondo é exposto ao vento, a separação é restrita à seção transversal da própria esfera.
Resposta
Somando-se à resposta de Peter Kämpf , esses valores para o coeficiente de arrasto pertencem a fluxos onde existe uma esteira turbulenta no lado sotavento do corpo, o que significa que o arrasto é principalmente devido à pressão. Para tais fluxos, o valor do coeficiente de arrasto não varia com o número de Reynolds.
No entanto, isso não é verdade para números de Reynolds baixos. Para valores abaixo de 1, os termos inerciais tornam-se desprezíveis e as equações de momentum podem ser simplificadas para um equilíbrio entre as tensões viscosas e a força do gradiente de pressão (fluxo de Stoke ou fluxo lento). O coeficiente de arrasto não é mais independente do número de Reynolds, aumentando valor. Para o caso de uma esfera, o coeficiente de arrasto torna-se $ C_D = 24 / \ text {Re} $, significando valores de $ C_D = 24 $ para $ \ text {Re} = 1 $, $ C_D = 240 $ para $ \ text {Re} = 0,1 $ …
Resposta
Fórmula do coeficiente de arrasto $$ C_d = \ frac {2F_d} {pu ^ 2A} $$ não restringe o comprimento do corpo. À medida que você aumenta o comprimento, a fricção da pele leva seu $ C_d $ ao infinito.
Não há forma com $ C_d $ , mas você pode obter qualquer valor razoável un aumentando o comprimento do corpo.
Claro que será dr coeficiente ag para número de Reynolds infinitamente alto 😛
Comentários
- Isso me faz pensar: qual é a escala do coeficiente de arrasto com o comprimento? Este site parece sugerir que o coeficiente está crescendo muito lentamente. Mas suponho que isso não seja surpreendente, dada a relativa pequenez da resistência ao atrito da pele. aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0231.shtml
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