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Em um experimento sobre como as camadas limite turbulentas respondem à aceleração no fluxo ao seu redor, engenheiros aeroespaciais da Universidade de Illinois Urbana-Champaign observaram uma camada limite interna inesperada.
“Não apenas fomos capazes de identificar uma nova camada limite interna, mas também rastrear sistematicamente sua altura para entender sua taxa de crescimento. Também notamos que ela só se formava se nossa classificação de pressão, nossa aceleração, fosse suficientemente forte. Havia um limite abaixo do qual não víamos esse fenômeno ocorrendo, algo que não era conhecido antes”, disse a professora de AE Theresa Saxton-Fox.
Ela explicou que uma camada limite é uma região fina de fluido onde o fluxo é retardado devido ao atrito com uma superfície, e uma camada interna é uma camada limite dentro de uma camada limite, como uma boneca aninhada.
“A camada limite interna mudou fundamentalmente o comportamento do fluxo do que seria esperado sem ela”, disse ela.
Ao projetar um novo veículo, é crucial saber como as camadas limite responderão à forma do veículo, pois a resposta altera as forças no veículo. Mas os modelos de computador atuais de como as camadas limítrofes respondem à curvatura não acertam, tornando o processo de design desafiador, caro e arriscado. É importante melhorar os modelos de turbulência para fazer melhores previsões para novos projetos.
“Não podemos prever com antecedência como o fluxo se comportará com geometrias complexas. É por isso que queríamos observar vários perfis de aceleração diferentes para ter uma noção não apenas de uma configuração, mas de 22 formas diferentes para entender melhor ,” ela disse.
De acordo com Saxton-Fox, a configuração básica do experimento do túnel de vento foi feita; a novidade é que este é facilmente reconfigurável. Isso permitiu que eles testassem muitas geometrias, na esperança de fornecer dados para criar modelos robustos e precisos em uma variedade de formatos de veículos.
Saxton-Fox e seu Ph.D. O estudante Aadhy Parthasarathy submeteu uma placa plana em um túnel de vento a uma família de 22 gradientes de pressão, permitindo que a curvatura de um pequeno painel no teto do túnel se dobrasse. Essa mudança de forma cria uma mudança na pressão que afeta a aceleração do fluxo, assim como colocar o polegar sobre uma mangueira de água faz com que o fluxo ao redor da borda se mova mais rápido.
Ela disse que quando viu pela primeira vez a camada limite interna, pensou que algo estava errado. Desde então, ela descobriu que outras pessoas no campo viram algo semelhante e tiveram a mesma reação.
“Eles viram essas camadas internas se formando e pensaram que eram causadas por algo errado em seu experimento e, portanto, não confiavam em seus dados. Fiquei convencido de que a camada era real porque só aparecia se nosso teto fosse suficientemente desviado”, disse. ela disse. “Não mudamos nada em nossa superfície. A placa era idêntica. Voltamos à literatura. Pesquisadores, até mesmo o orientador de meu orientador, a haviam visto nos anos 80, mas nunca haviam sido totalmente caracterizadas.”
Identificar essa nova camada limite é importante porque ajudará na compreensão da física aerodinâmica complicada. Os tipos de perfis de aceleração gerados no estudo foram análogos aos encontrados em escoamento sobre aerofólios e em bocais convergentes/divergentes.
“Quando o fluxo não segue uma geometria e ignora o que pedimos, isso causa muitos problemas grandes, como estol. Agora que vimos a presença de uma camada interna e como o fluxo se separa, pode ajudam na modelagem de fluxos e em projetos de veículos.”
A pesquisa é financiada por um prêmio do Programa Jovem Investigador do Escritório de Pesquisa Naval.
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