Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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FLUJO COMPRESIBLE
FIGURA 17-38
Imagen de Schlieren de un modelo
pequeño del transbordador espacial
Orbiter que es probado a una velocidad
de Mach 3 en el túnel de viento
supersónico del laboratorio Penn State
Gas Dynamics. Algunos choques oblicuos
se pueden observar en el aire que
rodea a la nave.
Fotografía de G. S. Settles, Penn State University.
Utilizado con autorización.
Choque
oblicuo
Ma 1
Ma 2
Ma 1 b
FIGURA 17-39
Un choque oblicuo con un ángulo de
choque b formado por una cuña bidimensional
delgada la mitad de cuyo
ángulo es igual a d. El flujo es desviado
a un ángulo de deflexión u corriente
abajo del choque, y el número de
Mach disminuye en el choque.
d
u
Choques oblicuos
No todas las ondas de choque son choque normales (perpendiculares a la
dirección del flujo). Por ejemplo, cuando el transbordador espacial vuela a
velocidades supersónicas a través de la atmósfera terrestre, genera un complicado
patrón de choques que consiste en ondas de choque inclinadas llamadas
choques oblicuos (Fig. 17-38). Según se puede observar, algunas partes del
choque oblicuo están curvadas, mientras que otras son rectas.
Primero, considere los choques oblicuos rectos, como aquellos que se
generan cuando un flujo uniforme supersónico (Ma 1 1) incide sobre una
cuña delgada bidimensional la mitad de cuyo ángulo es d (Fig. 17-39). Puesto
que la información con respecto a la cuña no puede viajar corriente arriba en
un flujo supersónico, el fluido “no sabe” nada con respecto a la cuña hasta
que impacta en la nariz. Justo en ese punto, debido a que no puede fluir a través
de la cuña, el fluido de repente gira a un ángulo llamado ángulo de giro o
ángulo de deflexión u. El resultado es una onda de choque oblicuo recta, alineada
con el ángulo de choque o el ángulo de onda b, medido con relación
al flujo entrante (Fig. 17-40). Para conservar la masa, es obvio que b debe
ser mayor que d. Considerando que el número de Reynolds para flujos supersónicos
es típicamente grande, la capa límite que crece a lo largo de la cuña
resulta muy angosta, por lo que sus efectos son insignificantes. Por lo tanto, el
flujo gira en el mismo ángulo que la cuña; es decir, el ángulo de deflexión u
es igual al ángulo de la cuña d. Si se toma en cuenta el efecto del espesor de
desplazamiento de la capa límite, el ángulo de deflexión u del choque oblicuo
se vuelve ligeramente mayor que el ángulo de la cuña d.
Al igual que sucede en los choques normales, el número de Mach disminuye
en el choque oblicuo y los choques oblicuos se presentan solamente si el
flujo corriente arriba es supersónico. Sin embargo, a diferencia de los choques
normales, en los que el número de Mach corriente abajo es siempre subsónico,
el Ma 2 corriente abajo de un choque oblicuo puede ser subsónico, sónico
o supersónico, dependiendo del número de Mach Ma 1 corriente arriba y del
ángulo de giro.
En la figura 17-40 se analiza un choque oblicuo recto descomponiendo
los vectores de velocidad corriente arriba y corriente abajo del choque en sus
componentes normales y tangenciales, y al considerar un pequeño volumen de
control alrededor del choque. Corriente arriba del choque, todas las propieda-