Fluidodinamica: aumentare velocità di scorrimento tra un solido e un fluido

[stefilo1972]

Salve
Vorrei dare delle risposte ad un quesito che mi assilla da anni.. cioè aumentare la velocità di planata del mio windsurf.
Quindi ho un oggetto piano che striscia su un corpo fluido alla velocità di circa 35-45 km/h dove la prima metà della tavola è a contatto con l'aria, quindi trascurabile, e la metà posteriore che è a contatto con l'acqua dove grava il peso della vela e del mio corpo.
Ho letto di strato limite ed altro, ma non ho capito un granché per quanto riguarda quello che devo fare per aumentare la velocità di scorrimento.
Si "dice" che sia importante creare dei micro solchi nella parte inferiore della tavola per creare dei micro vortici che creano poi una specie di cuscinetto per quanto riguarda il flusso principale..
La mia domanda è se effettivamente servo questi solchi o se è meglio lucidare la superficie.
Se servono di che dimensioni devono essere? se carteggio con carta vetrata da 300 in direzione perpendicolare al senso di marcia è sufficiente?

grazie in anticipo a tutti!

[+Benito+]

Originariamente inviato da stefilo1972

Salve
Vorrei dare delle risposte ad un quesito che mi assilla da anni.. cioè aumentare la velocità di planata del mio windsurf.
Quindi ho un oggetto piano che striscia su un corpo fluido alla velocità di circa 35-45 km/h dove la prima metà della tavola è a contatto con l'aria, quindi trascurabile, e la metà posteriore che è a contatto con l'acqua dove grava il peso della vela e del mio corpo.
Ho letto di strato limite ed altro, ma non ho capito un granché per quanto riguarda quello che devo fare per aumentare la velocità di scorrimento.
Si "dice" che sia importante creare dei micro solchi nella parte inferiore della tavola per creare dei micro vortici che creano poi una specie di cuscinetto per quanto riguarda il flusso principale..
La mia domanda è se effettivamente servo questi solchi o se è meglio lucidare la superficie.
Se servono di che dimensioni devono essere? se carteggio con carta vetrata da 300 in direzione perpendicolare al senso di marcia è sufficiente?

grazie in anticipo a tutti!

non ti so dare una risposta, che credo tu possa ottenere da solo usando della carta vetrata con grana grossa e vedere come si comporta, o una raspa in alternativa.
Comunque, a livello teorico, è corretto. Se si creano delle sottili rigature uno strato di acqua si "attacca" alla tavola e funziona come "lubrificante" tra la tavola e l'acqua sottostante.

[Auron99]

non so se a quelle velocità si forma lo strato limite sinceramente...mi sembra bassina come velocità ma posso sbagliarmi

[stefilo1972]

Infatti non mi sembra un gran velocità, però non so se avete seguito i mondiali di nuoto..
Penso che le loro tute facciano la stessa identica cosa, cioè sfruttare lo strato limite.. però la velocità è più bassa! quindi se per loro funziona dovrebbe funzionare anche per le mie velocità.
Vi risulta?

Ho già provato diverse volte a carteggiare ma essendoci troppe variabili e la differenza secondo me è minima, forse 2 km/h, non riesco a capire se funziona o no.

[+Benito+]

Originariamente inviato da stefilo1972

Infatti non mi sembra un gran velocità, però non so se avete seguito i mondiali di nuoto..
Penso che le loro tute facciano la stessa identica cosa, cioè sfruttare lo strato limite.. però la velocità è più bassa! quindi se per loro funziona dovrebbe funzionare anche per le mie velocità.
Vi risulta?

Ho già provato diverse volte a carteggiare ma essendoci troppe variabili e la differenza secondo me è minima, forse 2 km/h, non riesco a capire se funziona o no.

beh cosa ti aspetti, non guadagni mica 10 km/h!

[ironmanu]

Originariamente inviato da stefilo1972

Salve
Vorrei dare delle risposte ad un quesito che mi assilla da anni.. cioè aumentare la velocità di planata del mio windsurf.
Quindi ho un oggetto piano che striscia su un corpo fluido alla velocità di circa 35-45 km/h dove la prima metà della tavola è a contatto con l'aria, quindi trascurabile, e la metà posteriore che è a contatto con l'acqua dove grava il peso della vela e del mio corpo.
Ho letto di strato limite ed altro, ma non ho capito un granché per quanto riguarda quello che devo fare per aumentare la velocità di scorrimento.
Si "dice" che sia importante creare dei micro solchi nella parte inferiore della tavola per creare dei micro vortici che creano poi una specie di cuscinetto per quanto riguarda il flusso principale..
La mia domanda è se effettivamente servo questi solchi o se è meglio lucidare la superficie.
Se servono di che dimensioni devono essere? se carteggio con carta vetrata da 300 in direzione perpendicolare al senso di marcia è sufficiente?

grazie in anticipo a tutti!

ciao, più o meno avete centrato la questione, con lo strato limite turbolento si evita il flusso laminare tavola-mare che trasferisce al massimo gli attriti viscosi di puro taglio.

per qualcosa di quantitativo invece la chiave di volta sono i Diagrammi di Moody e Nikuradse. Quest'ultimo in particolare fece esperimenti variando la rugosità interna di tubi dove scorreva acqua, per farlo incollò granelli di sabbia di dimensioni controllate e variabili. Natruralmente i conti precisi del fattore f di attrito si posso pure fare ma bisogna caratterizzare bene il flusso tramite numero di reynolds ecc..

[stefilo1972]

Grazie!




ho trovato solo questo diagramma.. Ma nella pratica come si usa?
la rugosità relativa, a quanti micron corrisponde?
ho trovato una tabella di conversione tra carta abrasiva e micron
http://www.utensiliprofessionali.com/G10019.html

sono in regime laminare o turbolento visto che la tavola sbatte ripetutamente sull'acqua?

[Daniele1984]

Nel diagramma la rugosità (scabrezza) relativa è data dal rapporto tra la scabrezza equivalente (dimensione del granello di sabbia (usato nelle esperienze di Nikuradse) che dà luogo allo stesso coeffciente di resistenza in regime di tubo scabro) (in pratica la "dimensione dell'irregolarità del tubo") e il diametro del tubo.

http://it.wikipedia.org/wiki/Scabrezza_relativa

Per usare il diagramma dovresti entrare nel diagramma conoscendo la scabrezza relativa e il numero di reynolds

http://it.wikipedia.org/wiki/Numero_di_Reynolds

e ricavarti il coefficiente di resistenza f (che nel grafico indicano con lambda).

Il coefficiente f dovresti inserirlo nella formula di Darcy-Weisbach che ti permette di calcolare la velocità media in un tubo di scabrezza nota conoscendo la cadente piezometrica i (problema da risolvere iterativamente perchè la velocità compare anche nel numero di reynolds).

Non vorrei dire una cavolata (anche perchè è da un poco di tempo che non ripasso più queste cose) ma credo comunque che studiare il moto di una tavola da surf in questo modo vista la variabilità delle caratteristiche che influenzano il moto lasci un poco il tempo che trova e che i risultati che otterresti sarebbero da verificare con prove sperimentali per avere una reale percezione dei vantaggi che potresti ottenere.

[ironmanu]

Originariamente inviato da Daniele1984

Nel diagramma la rugosità (scabrezza) relativa è data dal rapporto tra la scabrezza equivalente (dimensione del granello di sabbia (usato nelle esperienze di Nikuradse) che dà luogo allo stesso coeffciente di resistenza in regime di tubo scabro) (in pratica la "dimensione dell'irregolarità del tubo") e il diametro del tubo.

http://it.wikipedia.org/wiki/Scabrezza_relativa

Per usare il diagramma dovresti entrare nel diagramma conoscendo la scabrezza relativa e il numero di reynolds

http://it.wikipedia.org/wiki/Numero_di_Reynolds

e ricavarti il coefficiente di resistenza f (che nel grafico indicano con lambda).

Il coefficiente f dovresti inserirlo nella formula di Darcy-Weisbach che ti permette di calcolare la velocità media in un tubo di scabrezza nota conoscendo la cadente piezometrica i (problema da risolvere iterativamente perchè la velocità compare anche nel numero di reynolds).

Non vorrei dire una cavolata (anche perchè è da un poco di tempo che non ripasso più queste cose) ma credo comunque che studiare il moto di una tavola da surf in questo modo vista la variabilità delle caratteristiche che influenzano il moto lasci un poco il tempo che trova e che i risultati che otterresti sarebbero da verificare con prove sperimentali per avere una reale percezione dei vantaggi che potresti ottenere.

ehe corso di idraulica rulez! che ricordi...

chiaro che ora come ora sarebbe più che altro un esercizio analitico, anche perchè solo avere i dati verosimili per entrare nei diagrammi postati non mi pare banale

[+Benito+]

Originariamente inviato da ironmanu

ehe corso di idraulica rulez! che ricordi...

chiaro che ora come ora sarebbe più che altro un esercizio analitico, anche perchè solo avere i dati verosimili per entrare nei diagrammi postati non mi pare banale

l'abaco di moody vale in moto stazionario, una tavola da surf ogni microsecondo si trova in condizioni diverse, per cui mi sa proprio che è una perdita di tempo.

[Daniele1984]

Originariamente inviato da ironmanu

ehe corso di idraulica rulez! che ricordi...

tra l'altro la descrizione del diagramma di moody mi era stata chiesta all'orale

Originariamente inviato da ironmanu

chiaro che ora come ora sarebbe più che altro un esercizio analitico, anche perchè solo avere i dati verosimili per entrare nei diagrammi postati non mi pare banale

*

[stefilo1972]

ho capito.. la mia cultura da quinta superiore è troppo scarsa per sviluppare queste formule...
e comunque se ho ben capito non si avrebbero dati precisi, per le innumerevoli variabili, quindi non mi rimane altro che ritornare a fare prove per vedere la differenza...
però magari se riuscivo a capire in quale range dovevo stare..
tipo da 150 a 20 micron..
Ho sempre usato carta da P360 pari a 40 micron, indicativamente da che parte mi devo muovere? più grossa o più fine?

[das]

I risultati che chiedi sono difficilmente ottenibili per via analitica, comunque più che scartavetrare dovresti creare delle fossette simili a quelle delle palline da golf e fare esperimenti con vari diametri.

Con la carta a vetro rovini la tavola e basta.

Comunque essendo una superficie idodinamica non dovrebbe essere necessario aumentarne la rugosità. Quello che dici tu è utile più che altro se hai a che fare con un corpo tozzo, nel tuo caso rischi di peggiorare le cose aumentando la resistenza indotta.

Il diagramma di Moody si applica ai condotti non al tuo caso.

[Auron99]

in ogni caso se devi provare dovresti sabbiare la tavola non scartavetrarla...

[Satviolence]

mah... il problema fondamentale non è la finitura superficiale ma la forma dello scafo, in particolare della parte posteriore.
Inoltre la distinzione tra moto laminare e turbolento è un po' troppo drastica. Si possono riconoscere le seguenti fasi più o meno in tutti i corpi che si muovono in un fluido (cambieranno i Re, ma le fasi sono quelle):



Comunque in moto laminare va meglio una finitura liscia, in moto turbolento una finitura ruvida. Di solito però si finisce sempre nel regime di transizione, quindi non è mai chiaro cosa vada bene.

[Guren]

vedi se trovi le dimensioni delle piccole protuberanze presenti nella pelle degli squali.

Credo che sfruttino proprio lo stesso principio e le velocità mi sa che son simili

[ironmanu]

Originariamente inviato da +Benito+

l'abaco di moody vale in moto stazionario, una tavola da surf ogni microsecondo si trova in condizioni diverse, per cui mi sa proprio che è una perdita di tempo.

beh, ovviamente qui di stazionario c'è solo il colore della tavola( ), infatti il mio era un consiglio giusto per farsi un'idea dell'influenza dei parametri, di cui parlava, applicati ad un caso semplice.