¿Cómo afecta el número de Reynolds el arrastre por fricción de la piel?

En primer lugar, la fricción es mala para la eficiencia. Retrasa el movimiento de las cosas y necesita un suministro de energía constante para ser superado. Cuanta más fricción, más energía debe suministrarse, y esta energía se pierde en forma de calor.

La fricción aerodinámica es causada por la viscosidad. El número de Reynolds te dice qué tan grande es la viscosidad en relación con las fuerzas de inercia. Un número de Reynolds más grande significa una viscosidad más baja. Esto significa que un número de Reynolds más alto casi siempre da como resultado una fricción más baja. Si observa el gráfico a continuación, la tendencia a la baja se puede detectar fácilmente.

_{Coeficiente de arrastre por fricción de una placa plana sobre el número de Reynolds ( fuente de la imagen ). Tenga en cuenta los ejes logarítmicos dobles.}

¿Hay algo así como "mayor número de Reynolds, mayor fuerza de arrastre"?

Sí a veces. Mire la curva de transición: aquí, un flujo que inicialmente es completamente laminar cambia lentamente con el aumento del número de Reynolds a uno con un inicio laminar y una transición a flujo turbulento en algún lugar aguas abajo. Esto agrega una sección de capa límite turbulenta donde, con un número de Reynolds más bajo, el flujo habría sido laminar. Notará que para el mismo número de Reynolds, un flujo completamente laminar (línea inferior) es mucho menos arrastrado que uno completamente turbulento (línea superior). Por lo tanto, reemplazar parte del flujo laminar con uno turbulento resultará en más resistencia.

Ahora necesito explicar por qué aumentar el número de Reynolds conduce a un flujo más turbulento. Para esto, recurro a esta respuesta :

Dentro de la capa límite laminar, las pequeñas perturbaciones se amortiguan cada vez menos a medida que aumenta el número de Reynolds local , y con un número de Reynolds de alrededor de 400 000 en flujo no acelerado, algunas frecuencias se vuelven inestables (ver Ondas de Tollmien-Schlichting ) y eventualmente crearán demasiadas ondas cruzadas . movimiento que la capa límite se vuelve turbulenta. Ahora, las parcelas de aire que fluyen a gran velocidad en la parte exterior de la capa límite se moverán cerca de la pared y patearán las parcelas lentas hacia adelante, reduciendo en gran medida la desaceleración del flujo cerca de la pared, al precio de ralentizar y expandir toda la capa límite.

En pocas palabras: una capa límite laminar no puede sostenerse indefinidamente, sino que cambiará a una turbulenta si el número de Reynolds es lo suficientemente alto. Esto cambiará parte de la porción previamente laminar de la capa límite a una turbulenta, aumentando la resistencia.

Si bien todo lo anterior solo es estrictamente cierto para el flujo sobre una placa plana sin un gradiente de presión, el flujo real complicará las cosas nuevamente: ahora el flujo turbulento no es del todo malo; el ejemplo de la pelota de golf con hoyuelos muestra que una capa límite turbulenta en flujo con un gradiente de presión también puede conducir a una menor resistencia, dadas las circunstancias adecuadas.