Ламинарен поток срещу турбулентен поток
Динамиката на флуидите е важна част от класическата физика и приложенията се простират от напояването до човешката физиология. Той има значителен инженерен принос в областта на аерокосмическата, морската, напоителната, хидравличната и много други дисциплини.
Потокът на флуида варира от едно състояние в друго и за по-лесен анализ потокът се категоризира в различни режими, където свойствата на флуида като скорост, налягане, плътност и вискозитет характеризират всеки режим. Турбулентният и ламинарен поток са двата основни класа режими на потока.
Какво е ламинарен поток?
Когато частиците на флуида текат, без да пресичат пътеките една на друга и скоростта на частицата винаги е тангенциална на пътя на частицата, се казва, че потокът е обтекаем. Когато възникне обтекаем поток, слоевете от течни частици са склонни да се плъзгат върху съседната частица, без да нарушават движението на другите, и това се случва в слоеве или ламини от флуиден поток. Такъв поток е известен като ламинарен поток. Ламинарен поток или обтекаем поток възниква, когато скоростта на течността е относително ниска.
При ламинарен поток, слоят в контакт с неподвижна повърхност има нулева скорост и в посока, перпендикулярна на повърхността, скоростта на слоевете има тенденция да се увеличава. Също така, скоростта, налягането, плътността и други динамични свойства на течността остават непроменени във всяка точка от пространството на потока.
Числото на Рейнолдс е индикация доколко една течност може да претърпи ламинарен поток. Когато числото на Рейнолдс е ниско, потокът има тенденция да бъде ламинарен и вискозните сили са доминиращата форма на взаимодействие между слоевете. Когато числото на Рейнолдс е високо, потокът има тенденция да бъде турбулентен и инерционните сили са доминиращата форма на взаимодействие между слоевете.
Какво е турбулентен поток?
Когато свойствата на флуида в поток се променят бързо с времето, т.е. когато промените в скоростта, налягането, плътността и други свойства на потока показват случайни и произволни промени, потокът е известен като турбулентен поток.
Потокът на флуида в еднообразна цилиндрична тръба с крайна дължина, известен също като поток на Поазей, ще има турбуленция в потока, когато числото на Рейнолдс достигне критичното число 2040. Въпреки това, като цяло потокът може да не е изрично бъде турбулентен, когато числото на Рейнолдс е повече от 10000.
Турбулентният поток се характеризира със своя случаен характер, дифузивност и завихряне. Потокът съдържа вихри, напречни течения и вихри.
Каква е разликата между ламинарен и турбулентен поток?
• При ламинарен поток потокът възниква при ниски скорости и ниско число на Рейнолдс, докато турбулентният поток възниква при високи скорости и високо число на Рейнолдс.
• При ламинарен поток пътят на флуидните линии е правилен и обтекаем, където няма странично смущение на флуидните пътища и флуидът тече на слоеве. При турбулентен поток моделът на потока е неравномерен и хаотичен, където се появяват завихряния, вихри и напречни течения.
• При ламинарен поток свойствата на флуида в точка в пространството остават постоянни с времето, докато при турбулентен поток свойствата на флуида в дадена точка са стохастични.
