What is the difference between skin friction drag and pressure drag? Which is usually more significant for slender bodies such as airfoils?

Passo 1

Beleza, então o exercício tá perguntando: “Qual a diferença entre skin friction drag (arrasto de atrito na pele) e pressure drag (arrasto de pressão)? E, pra corpos finos tipo perfis de asa, qual costuma ser o mais importante?”
Conteúdo: mecânica dos fluidos—arrasto em corpos. Vamos precisar entender boundary layer (camada limite), tensão de cisalhamento na superfície e distribuição de pressão ao redor do corpo.

Passo 2

Skin friction drag (arrasto de atrito) vem da viscosidade do fluido grudando na superfície. Dentro da boundary layer, o fluido mais lento perto da parede “puxa” o resto do escoamento. A tensão de cisalhamento na parede é
tauw = mu partial upartial y|y=0,
onde μ é a viscosidade e é o gradiente de velocidade perpendicular à superfície. Integrando essa tensão por toda área, você obtém a força de atrito.

Passo 3

Pressure drag (arrasto de pressão), também chamado form drag, é resultado das diferenças de pressão na frente e atrás do corpo. Se o escoamento se separa, forma-se uma região de baixa pressão atrás, criando um “empurrão” contra o movimento. Matematicamente, é
Fp = integral duplasuperfície p,n,dA, í
onde é a pressão local e a normal à superfície.

Passo 4

Comparando:
  • Skin friction drag depende da viscosidade e do comprimento de superfície “molhada”.
  • Pressure drag depende de quanto o fluxo se separa e da forma do corpo (geometria e ângulo de ataque).

Passo 5

Em corpos delgados tipo airfoils, o fluxo costuma ficar grudado (até certo ângulo) e a separação de fluxo é mínima. Então a pressão atrás não cai tanto e o pressure drag é pequeno. Por outro lado, a área molhada é relativamente grande, fazendo o skin friction drag ser o dominante.

Resposta

A skin friction drag vem do atrito viscoso na camada limite; a pressure drag vem das diferenças de pressão em torno do corpo (especialmente se houver separação). Em perfis delgados (airfoils), normalmente o arrasto por atrito (skin friction) é mais significativo.

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