Lamináris áramlás vs turbulens áramlás
A folyadékdinamika a klasszikus fizika fontos része, és az alkalmazások az öntözéstől az emberi fiziológiáig terjednek. Jelentős mérnöki hozzájárulása van az űrhajózás, a tengerészet, az öntözés, a hidraulika és sok más tudományág területén.
A folyadékáramlás állapotról a másikra változik, és az elemzés megkönnyítése érdekében az áramlás különböző rezsimekbe van besorolva, ahol a folyadék tulajdonságai, például sebesség, nyomás, sűrűség és viszkozitás jellemzik az egyes rendszereket. A turbulens és a lamináris áramlás az áramlási rendszerek két fő osztálya.
Mi az a lamináris áramlás?
Ha a folyadékrészecskék anélkül áramlanak, hogy keresztezik egymás útját, és a részecske sebessége mindig érinti a részecske útját, az áramlást áramvonalasnak mondják. Amikor áramvonalas áramlás következik be, a folyadékrészecskék rétegei hajlamosak átcsúszni a szomszédos részecskék felett anélkül, hogy mások mozgását megzavarnák, és ez a folyadékáramlás rétegeiben vagy rétegeiben fordul elő. Az ilyen áramlást lamináris áramlásnak nevezik. Lamináris áramlás vagy áramvonalas áramlás akkor fordul elő, ha a folyadék sebessége viszonylag alacsony.
Lamináris áramlásban az álló felülettel érintkező réteg sebessége nulla, és a felületre merőleges irányban a rétegek sebessége nő. Ezenkívül a sebesség, a nyomás, a sűrűség és más folyadékdinamikai tulajdonságok változatlanok maradnak az áramlási tér minden pontján.
A Reynolds-szám azt jelzi, hogy egy folyadék mennyire jó lamináris áramláson megy keresztül. Ha a Reynolds-szám alacsony, az áramlás általában lamináris, és a viszkózus erők a domináns formája a rétegek közötti kölcsönhatásnak. Ha a Reynolds-szám magas, az áramlás általában turbulens, és a tehetetlenségi erők a domináns formája a rétegek közötti kölcsönhatásnak.
Mi az a turbulens áramlás?
Ha egy áramlásban a folyadék tulajdonságai gyorsan változnak az idő függvényében, azaz amikor a sebesség, a nyomás, a sűrűség és az egyéb áramlási tulajdonságok változásai véletlenszerű és tetszőleges változásokat mutatnak, az áramlást turbulens áramlásnak nevezzük.
A véges hosszúságú egyenletes hengeres csőben, más néven Poiseuille-áramlásban a folyadék áramlása turbulenciát okoz, amikor a Reynolds-szám eléri a 2040-es kritikus számot. Általában azonban előfordulhat, hogy az áramlás nem kifejezetten viharos legyen, ha a Reynolds-szám több mint 10000.
A turbulens áramlást véletlenszerű természete, diffúzivitása és örvénylése jellemzi. Az áramlás örvényeket, keresztáramokat és örvényeket tartalmaz.
Mi a különbség a lamináris és a turbulens áramlás között?
• A lamináris áramlásban az áramlás kis sebességgel és alacsony Reynolds-számmal, míg a turbulencia áramlás nagy sebességgel és magas Reynolds-számmal történik.
• Lamináris áramlásban a folyadékvezetékek útja szabályos és áramvonalas, ahol nincs oldalirányú zavar a folyadékpályákban, és a folyadék rétegenként áramlik. Turbulens áramlás esetén az áramlási minta szabálytalan és kaotikus, ahol örvények, örvények és keresztáramok lépnek fel.
• Lamináris áramlásban a folyadék tulajdonságai a tér egy pontjában az idő függvényében állandóak, míg turbulens áramlás esetén a folyadék tulajdonságai egy ponton sztochasztikusak.
