Ejemplos en Python para estudiantes de ingenieria mecanica, Fuerza de arrastre

 

Python para ingenieros mecánicos

# Fuente: https://github.com/Vishwesh5/pythonformechanicalEngineering 

Drag Force

Cuando un flujo rodea un cuerpo, o un cuerpo atraviesa un fluido (gas o líquido), el fluido tiene que moverse a los lados para que el cuerpo pase. La energía perdida al mover el fluido se traduce a una fuerza, llamada Fuerza de arrastre

En ingeniería mecánica, preferimos trabajar con parámetros adimensionales, es decir, en lugar de una fuerza de arrastre en Newtons en un cuerpo específico de un tamaño específico, por ejemplo, un automóvil de 3 m de largo, nos gustaría saber cuál es la fuerza de arrastre en un modelo 1: 250 de este automóvil y luego traducir el conocimiento a un automóvil de tamaño completo.

Por lo tanto, definimos un coeficiente de arrastre : 

C d = f d 0.5 ρ v 2 a
    

>># Import module for plotting
>>import matplotlib.pyplot as plt

>># Functions
>>def drag_force(c_d,A,rho,v):
    """
    Calculate drag force given c_d,A,rho,v:
        rho -> density of fluid
        A   -> Frontal area
        c_d -> Drag coefficient
        v   -> Velocity of bicycle
    """
>>    return 0.5*c_d*rho*A*v**2

>>def plotDragForceVelocity(dragForce,v):
    """
    Plots drag force v/s velocity
    """
>>    plt.plot(v,dragForce,'*-')
>>    plt.xlabel("Velocity (m/s)")
>>    plt.ylabel("Drag force (N)")
>>    plt.title("Drag force v/s Velocity plot")
    
>>    # Show the plot
>>    plt.show()

>>def plotDragForceCd():
    """
    Plots drag force v/s drag coefficient
    """
>>    # Frontal area (m^2)
>>    A = 0.1
>>    # Density (kg/m^3)
>>    rho = 1.2
>>    # Velocity (m/s)
>>    v = 5
>>    # Drag coefficient for different figures
>>    cd = {
>>          "Flat plate"   : 1.28,
>>          "Prism"        : 1.14,
>>          "Bullet"       : 0.295,
>>          "Sphere"       : 0.47,
>>          "Airfoil"      : 0.045,
>>          "Half sphere"  : 0.42,
>>          "Cone"         : 0.50,
>>          "Cube"         : 1.05,
>>          "Angled cube"  : 0.80,
>>          "Long cylinder": 0.82,
>>          "Pac-car"      : 0.075,
>>          "Milan SL"     : 0.076,
>>          "Fiat Turbina" : 0.14,
>>          "BMW i8"       : 0.26
>>          }
>>    dragForces = {}
>>    for i in cd.keys():
>>        dragForces[i] = drag_force(cd[i],A,rho,v)
>>    # Plot results
>>    for i in cd.keys():
>>        plt.plot(cd[i],dragForces[i],'*',label=i)
>>    plt.legend(loc='upper right')
>>    plt.xlabel("Drag coefficient")
>>    plt.ylabel("Drag force")
>>    plt.title("Drag force v/s drag coefficient (5 m/s)")
>>    plt.show()

>>def plotResultsForBicycle():
    """
    Plot drag force v/s velocity for bicycle
    """
>>    # Drag coefficient
>>    c_d = 0.8
>>    # Frontal area (m^2)
>>    A = 0.1
>>    # Density (kg/m^3)
>>    rho = 1.2
>>    # Bicycle velocity (m/s)
>>    # Velocity is varying from 1 to 10 m/s in steps of 0.1 m/s
>>    v = [i/10 for i in range(10,100,1)]
>>    # Drag force values
>>    dragForce = [drag_force(c_d,A,rho,velocity) for velocity in v]
>>    plotDragForceVelocity(dragForce,v)


    
>>plt.figure("Drag coefficient v/s velocity")
>>plotResultsForBicycle()
>>plt.figure("Drag coefficient v/s drag force")
>>plotDragForceCd()