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
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.