Przepływ laminarny a przepływ turbulentny
Dynamika płynów jest ważną częścią fizyki klasycznej, a jej zastosowania obejmują zarówno nawadnianie, jak i fizjologię człowieka. Ma znaczący wkład inżynieryjny w dziedzinie lotnictwa, marynarki, nawadniania, hydrauliki i wielu innych dyscyplin.
Przepływ płynu różni się w zależności od stanu, a dla ułatwienia analizy, przepływ jest kategoryzowany w różnych reżimach, w których właściwości płynu, takie jak prędkość, ciśnienie, gęstość i lepkość charakteryzują każdy reżim. Przepływ turbulentny i laminarny to dwie główne klasy reżimów przepływu.
Co to jest przepływ laminarny?
Gdy cząstki płynu płyną bez przecinania ścieżek siebie nawzajem, a prędkość cząstki jest zawsze styczna do ścieżki cząstki, mówi się, że przepływ jest opływowy. Gdy występuje przepływ strumieniowy, warstwy cząstek płynu mają tendencję do ślizgania się po sąsiedniej cząstce bez zakłócania ruchu innych, a dzieje się to w warstwach lub blaszkach przepływu płynu. Taki przepływ nazywany jest przepływem laminarnym. Przepływ laminarny lub przepływ strumieniowy występuje, gdy prędkość płynu jest stosunkowo niska.
W przepływie laminarnym, warstwa stykająca się z nieruchomą powierzchnią ma zerową prędkość i, w kierunku prostopadłym do powierzchni, prędkość warstw ma tendencję do wzrostu. Ponadto prędkość, ciśnienie, gęstość i inne właściwości dynamiczne płynów pozostają niezmienione w każdym punkcie przestrzeni przepływu.
Liczba Reynoldsa wskazuje, jak dobrze płyn może przejść laminarny przepływ. Gdy liczba Reynoldsa jest niska, przepływ jest zwykle laminarny, a dominującą formą interakcji między warstwami są siły lepkości. Gdy liczba Reynoldsa jest wysoka, przepływ jest zwykle turbulentny, a dominującą formą interakcji między warstwami są siły bezwładności.
Co to jest przepływ turbulentny?
Gdy właściwości płynu w przepływie zmieniają się szybko w czasie, tj. gdy zmiany prędkości, ciśnienia, gęstości i innych właściwości przepływu wykazują losowe i arbitralne zmiany, przepływ jest znany jako przepływ turbulentny.
Przepływ płynu w jednorodnej cylindrycznej rurze o skończonej długości, znany również jako przepływ Poiseuille'a, będzie miał turbulencje w przepływie, gdy liczba Reynoldsa osiągnie krytyczną liczbę 2040. Jednak ogólnie rzecz biorąc, przepływ może nie być wyraźnie być burzliwym, gdy liczba Reynoldsa jest większa niż 10000.
Przepływ turbulentny charakteryzuje się losowym charakterem, dyfuzyjnością i wirowością. Przepływ zawiera wiry, prądy krzyżowe i wiry.
Jaka jest różnica między przepływem laminarnym a turbulentnym?
• W przepływie laminarnym przepływ występuje przy niskich prędkościach i niskiej liczbie Reynoldsa, podczas gdy przepływ turbulentny występuje przy wysokich prędkościach i wysokiej liczbie Reynoldsa.
• W przepływie laminarnym ścieżka linii płynu jest regularna i opływowa, gdzie nie ma bocznych zakłóceń ścieżek płynu, a płyn płynie warstwami. W przepływie turbulentnym wzór przepływu jest nieregularny i chaotyczny, gdzie występują wiry, wiry i prądy krzyżowe.
• W przepływie laminarnym właściwości płynu w punkcie przestrzeni pozostają stałe w czasie, podczas gdy w przepływie turbulentnym właściwości płynu w punkcie są stochastyczne.
