Laminaarivirtaus vs. turbulenttinen virtaus
Fluid Dynamics on tärkeä osa klassista fysiikkaa, ja sovellukset ulottuvat kastelusta ihmisen fysiologiaan. Sillä on merkittävä insinöörityö ilmailun, merenkulun, kastelun, hydrauliikan ja monien muiden alojen aloilla.
Nestevirtaus vaihtelee tiloista toiseen, ja analyysin helpottamiseksi virtaus luokitellaan eri tiloihin, joissa nesteen ominaisuudet, kuten nopeus, paine, tiheys ja viskositeetti, kuvaavat jokaista järjestelmää. Turbulenttinen ja laminaarinen virtaus ovat virtausjärjestelmien kaksi pääluokkaa.
Mikä on Laminar Flow?
Kun nestehiukkaset virtaavat leikkaamatta toistensa reittejä ja hiukkasen nopeus on aina tangentiaalinen hiukkasen reitin suhteen, virtauksen sanotaan olevan virtaviivaista. Kun virtaviivainen virtaus tapahtuu, nestehiukkasten kerrokset pyrkivät liukumaan viereisen hiukkasen yli häiritsemättä muiden liikettä, ja tämä tapahtuu nestevirtauksen kerroksissa tai kerroksissa. Tällaista virtausta kutsutaan laminaarivirtaukseksi. Laminaarivirtaus tai virtaviivainen virtaus tapahtuu, kun nesteen nopeus on suhteellisen alhainen.
Laminaarisessa virtauksessa kiinteän pinnan kanssa kosketuksissa olevan kerroksen nopeus on nolla ja pintaan nähden kohtisuorassa suunnassa kerrosten nopeudella on taipumus kasvaa. Myös nopeus, paine, tiheys ja muut nesteen dynaamiset ominaisuudet pysyvät muuttumattomina jokaisessa virtaustilan pisteessä.
Reynoldsin luku on osoitus siitä, kuinka hyvä neste voi läpikäydä laminaarisen virtauksen. Kun Reynoldsin luku on pieni, virtaus on taipumus olla laminaarista ja viskoosivoimat ovat hallitseva vuorovaikutusmuoto kerrosten välillä. Kun Reynoldsin luku on korkea, virtaus on taipumus olla turbulentti, ja inertiavoimat ovat hallitseva vuorovaikutusmuoto kerrosten välillä.
Mikä on turbulenttinen virtaus?
Kun nesteen ominaisuudet virtauksessa vaihtelevat nopeasti ajan myötä, eli kun nopeuden, paineen, tiheyden ja muiden virtausominaisuuksien muutokset osoittavat satunnaisia ja mieliv altaisia muutoksia, virtausta kutsutaan turbulenttiksi virtaukseksi.
Nestevirtauksessa tasaisessa lieriömäisessä putkessa, jolla on rajallinen pituus, joka tunnetaan myös nimellä Poiseuille-virtaus, virtauksessa on turbulenssia, kun Reynoldsin luku saavuttaa kriittisen luvun 2040. Virtaus ei kuitenkaan yleensä välttämättä ole eksplisiittinen olla myrskyinen, kun Reynoldsin luku on yli 10000.
Turbulenttiselle virtaukselle on ominaista sen satunnainen luonne, diffuusio ja pyörteet. Virtaus sisältää pyörteitä, poikkivirtoja ja pyörteitä.
Mitä eroa on laminaarisella ja turbulenttisella virtauksella?
• Laminaarivirtauksessa virtaus tapahtuu pienillä nopeuksilla ja alhaisella Reynolds-luvulla, kun taas turbulenssivirtaus tapahtuu suurilla nopeuksilla ja suurella Reynolds-luvulla.
• Laminaarivirtauksessa nestelinjojen reitti on säännöllinen ja virtaviivainen, jolloin nestereittien sivuttaishäiriöitä ei ole ja neste virtaa kerroksittain. Pyörteisessä virtauksessa virtauskuvio on epäsäännöllinen ja kaoottinen, jossa esiintyy pyörteitä, pyörteitä ja poikkivirtoja.
• Laminaarivirtauksessa nesteen ominaisuudet avaruuden pisteessä pysyvät muuttumattomina ajan kanssa, kun taas turbulentissa virtauksessa nesteen ominaisuudet tietyssä pisteessä ovat stokastisia.
