Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Fox - Mecânica dos Fluidos- Ed: 8º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 71
Um modelo em escala 1/8 de um conjunto cavalo-reboque é testado em um túnel de vento pressurizado. A largura, altura e comprimento do modelo são, respectivamente, , e . Para uma velocidade do vento de , a força de arrasto sobre o modelo é . (A massa específica do ar no túnel é .) Calcule o coeficiente de arrasto aerodinâmico para o modelo. Compare os números de Reynolds para o teste com modelo e para a carreta protótipo a . Calcule a força de arrasto aerodinâmico sobre o protótipo a uma velocidade de estrada de , com vento contrário de .
Passo 1
Neste problema é pedido o coeficiente de arrasto aerodinâmico de um modelo e a comparação do número de Reynolds do modelo e protótipo.
O cálculo do coeficiente de arrasto será feito pela expressão:
E o número de Reynolds será obtido pela expressão:
Como parâmetros do modelo são conhecidos:
- escala linear: ;
- largura: ;
- altura: ;
- comprimento: ;
- velocidade do vento: ;
- força de arrasto sobre o modelo: ;
- massa específica do ar: e
- velocidade de estrada: ;
- velocidade com vento contrário: ;
Passo 2
Para o cálculo do coeficiente de arrasto do modelo primeiramente é necessário definir a área do modelo:
Então, substituindo os parâmetros conhecidos na expressão do coeficiente de arrasto:
Logo, o coeficiente de arrasto no modelo é:
Passo 3
Para garantir a semelhança dinâmica do modelo e protótipo sabe-se que:
Verificando a relação entre os números de Reynolds:
Logo, a relação entre os números de Reynolds é:
Definindo fluido com mesma viscosidade () e que a escala liner é :
De fato é garantida a semelhança dinâmica.
Passo 4
Ao assumir semelhança geométrica e cinética, aliada à semelhança dinâmica, pode-se dizer que:
Da definição de coeficiente de arrasto:
Logo:
Neste problema o vento atua com velocidade contrária à velocidade do protótipo na estrada, logo a velocidade do protótipo deve considerar a soma da velocidade do vento da seguinte forma:
Um parâmetro a ser conhecido é a área do protótipo, a qual pode ser obtida a partir da escala linear () conhecida:
Mas a partir da escala linear sabe-se que:
Então, a área do protótipo pode ser escrita como:
Então, pode ser reescrito como:
Utilizando os parâmetros conhecidos:
Logo, a força de arrasto para o protótipo é de: