Parte 1: Fluidodinamica e macchine: macchine

Macchine

Aerodinamica dei corpi

Quando un fluido entra in contatto con una parete, a causa della sua viscosità, si genera lo strato limite, una zona caratterizzata da alti gradienti di velocità.

Per le ipotesi di Prandtl: s(x)/L = 1/sqrt Re

All'aumentare di Re, l'ordine di grandezza dello strato limite diminuisce; in particolare per velocità ipersoniche e fluido rarefatto, lo spessore dello strato limite può diventare dell'ordine delle dimensioni come metro.

Solo in questa condizione si perde la condizione di aderenza alla parete.

In generale la transizione da laminare a turbolento avviene con una graduale iterazione di zone non propriamente.

Il regime turbolento è il turbolento a cui il flusso è laminare e quello in cui è vorticoso.

Il flusso è completamente sviluppato, turbolento.

La transizione avviene principalmente per 3 meccanismi:

• Meccanismo naturale: in effetti di instabilità si ha transizione causata da perturbazioni iniziali e interazioni di fluttuazioni.
• By-pass transition: fluidi che trovano limite si ha non certo limite di stabilità che in pratica si forma all'interno dello strato limite.
• Casi in cui si hanno ostacoli o fori.

Si distinguono corpi tozzi e corpi aerodinamici.

La deformazione genera una scia molto grande e si hanno importanti contributi di resistenza di forma. (Sfera)

Sono caratterizzati da una scia sottile (profili aerodinamici).

Sviluppo come si spiega univocamente rispetto a un profilo alare

Sul lato in minore la componente di diffusione è più forte e il fluido ha una zona di accelerazione maggiore.

La transizione avviene più a valle e si individua una maggiore del profilo più grande.

Diffusione: relazione della velocità a favore della pressione.

Sviluppo dello strato limite e flusso di un corpo

Nel fluido completamente sviluppato non notiamo variazioni dal punto di vista di distribuzioni di velocità nella direzione y, se ci spostiamo nella direzione del flusso.

Portanza e resistenza aerodinamica

Le forze agenti in un fluido vanno immerse in un fluido in moto si scompongono in portanza (Lift) e resistenza (Drag).

La portanza agisce lungo la direzione normale alla direzione del moto.

La resistenza D agisce lungo la direzione del moto relativa e con verso tale da opporsi ad esso.

Coefficiente di drag e di lift

Cd = D / (1/2 rho v² A)

Cl = L / (1/2 rho v² A)

f(Re, Fr, M)

Del termine 1/2 rho v² è la pressione dinamica.

A è l'area di riferimento.

L'area di risulta.

Indipendente dall'angolo di attacco.

La portanza e la resistenza derivano dall'interazione sulla forza di pressione e della sforza di taglio che agiscono nella superficie del profilo.

Forze trasmesse al profilo per fluido, ovvero pressione (portanza) e sforzi di taglio (resistenza).

Le forze di taglio legate alla viscosità danno un contributo molto minore e chiamato resistenza di forma.

Sia il termine di pressione che quello di attrito possono risultare di 1/2 rho v² (pressione dinamica).

In merito di portanza il contributo maggiore è quello legato alla pressione.

La zona aerodinamica è applicata nel centro di spinta.

Regola del quarto di corda: il centro di spinta del profilo è circa al 1/4 di corda.

La massima depressione avviene entro il primo 20% della corda (punto di massimo spessore).

La transizione avviene dopo il punto di massima pressione.

• Resistenza parassita.
• Resistenza di forma.
• Resistenza viscosa.

Profili alari

Sono più utili concetti di migliore i profili convenzionali sia in termini di resistenza sia in termini di esistenza streamline.

Il range di angoli nel quale si hanno minori resistenze e il profilo può cambiare stabile.

Il massimo numero aerodinamico tra il 50% e il 60% della corda.

Manteniamo un'accelerazione sulla metà delle parte frontale del profilo.

Così si mantiene il flusso laminare in una buona parte del profilo.

Riduzione della resistenza di attrito.

Nella seconda parte del profilo si ha una discreta costante e si stabilizza il moto non raggiungendo la separazione.

Profilo convenzionale NACA 23015

• Spessore profilo (15% corda).
• Percentuale corda a cui si ha spessore max (1/2 - 30 - 15%).
• Cl di progetto (3, 0,2 = 0,3).

Profilo laminare 662-215

• Spessore profilo (15% corda).
• Coefficiente di lift di progetto (0,2).
• Il massimo con gradiente panzente di pressione (0,2).
• Percentuale della corda alla quale si ha la pressione minima.

Designazione cifre laminare

Da quanto con l'equazione di Eulero viene trascurabilmente sulla lamina di forma (?)

Si ottiene un gradiente di pressione:

dP/dn = p c² / R

Il profilo assume curvature al complesso e quindi si genera un gradiente di pressione.

• Livello di ristagno.
• Zona in depressione.
• Zona in pressione.

La variazione delle mi