Cálculo do coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição (2025)
- Authors:
- USP affiliated authors: KALEMPA, DENIZE - EEL ; ELIAS, JUAN FELIPE CARDOSO - EEL
- Unidade: EEL
- Subjects: MATEMÁTICA APLICADA; EQUAÇÕES NÃO LINEARES
- Keywords: Coeficiente de arrasto; Gás rarefeito; Regime de transição; Equação de Boltzmann; Método de velocidades discretas
- Language: Português
- Abstract: Na dinâmica de gases rarefeitos, o número de Knudsen (Kn) é crucial para caracterizar o grau de rarefação do gás. Quando Kn « 1, o regime é contínuo e as equações da mecânica dos meios contínuos são aplicáveis. Por outro lado, quando Kn » 1 ou Kn aproximadamente 1, o regime de moléculas livres ou de transição é predominante, exigindo abordagens que considerem a natureza microscópica do gás, como a equação de Boltzmann. A equação de Boltzmann é uma ferramenta central, embora sua resolução ainda seja desafiadora, mesmo com os avanços computacionais. Modelos matemáticos têm sido desenvolvidos para simplificar a equação, preservando suas propriedades fundamentais. No regime de moléculas livres, onde as colisões gás-superfície são mais frequentes, a equação de Boltzmann simplifica-se, possibilitando soluções analíticas para muitos problemas. Esses conceitos são cruciais para entender uma ampla gama de fenômenos, desde aerodinâmica de veículos espaciais até problemas em nanotecnologia. O presente projeto tem como objetivo calcular numericamente o coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição, considerando ângulo de ataque nulo e número de Mach arbitrário. O livre caminho médio molecular é da ordem de grandeza do comprimento da placa nesse regime. O problema é abordado com base em um modelo cinético para a equação não-linear de Boltzmann proposto por Shakhov e no método de velocidades discretas. A condição de contorno considera o espalhamento difuso das moléculas gasosas na superfície, permitindo uma análise precisa das interações gás-superfície.Além do coeficiente de arrasto, são calculadas as características macroscópicas do gás ao redor da placa, como pressão e velocidade, em função do número de Knudsen e do número de Mach, fornecendo insights valiosos para a compreensão do comportamento aerodinâmico. O estudo desse problema é relevante para áreas como aeroespacial, tecnologia de vácuo e microssistemas eletrônicos, onde a miniaturização de sistemas tem sido uma tendência significativa. Em aplicações aeroespaciais, quanto maior a altitude, maior o grau de rarefação do gás, enquanto em microssistemas eletrônicos e mecânicos, mesmo à pressões maiores que a atmosférica, o regime rarefeito pode se estabelecer devido às dimensões do sistema. Assim, o estudo do problema no regime de transição é justificado para uma melhor compreensão dos fenômenos físicos e o desenvolvimento de novas tecnologias.
- Imprenta:
- Publisher: SBMAC
- Publisher place: São Carlos-SP
- Date published: 2025
- Source:
- Título: Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics
- Volume/Número/Paginação/Ano: v. 11, n. 1, p. 1, 2025
-
ABNT
ELIAS, Juan Felipe Cardoso e KALEMPA, Denize. Cálculo do coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição. 2025, Anais.. São Carlos-SP: SBMAC, 2025. p. 1. Disponível em: https://proceedings.sbmac.org.br/sbmac/article/view/4613. Acesso em: 07 jun. 2025. -
APA
Elias, J. F. C., & Kalempa, D. (2025). Cálculo do coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição. In Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics (Vol. 11, p. 1). São Carlos-SP: SBMAC. Recuperado de https://proceedings.sbmac.org.br/sbmac/article/view/4613 -
NLM
Elias JFC, Kalempa D. Cálculo do coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição [Internet]. Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics. 2025 ; 11( 1): 1.[citado 2025 jun. 07 ] Available from: https://proceedings.sbmac.org.br/sbmac/article/view/4613 -
Vancouver
Elias JFC, Kalempa D. Cálculo do coeficiente de arrasto em uma placa imersa em um gás rarefeito no regime de transição [Internet]. Proceeding Series of the Brazilian Society of Computational and Applied Mathematics. 2025 ; 11( 1): 1.[citado 2025 jun. 07 ] Available from: https://proceedings.sbmac.org.br/sbmac/article/view/4613 - Cálculo dos Coeficientes de Arrasto e Sustentação em uma Placa Imersa em um Gás no Regime de Moléculas Livres
- Drag and thermophoresis on a sphere in a rarefied gas based on the Cercignani-Lampis model of gas-surface interaction
- Transport of soot particles in droplet combustion
- Sound propagation through a binary mixture of rarefied gases at arbitrary sound frequency
- Thermophoretic force on a sphere of arbitrary thermal conductivity in a rarefied gas
- Drag on a sphere in a slow flow of a binary mixture of rarefied gases
- Radiometric force on a sphere in a rarefied gas based on the Cercignani–Lampis model of gas–surface interaction
- Modelo de Cercignani-Lampis para a interação gás-superfície aplicado ao cálculo da força radiométrica em uma esfera imersa em um gás rarefeito.
- Temperature and pressure jump coefficients at a liquid-vapor interface
- Hydrodynamic Analysis of Sound Wave Propagation in a Reactive Mixture Confined Between Two Parallel Plates
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