Laminární proudění vs turbulentní proudění
Dynamika tekutin je důležitou součástí klasické fyziky a aplikace běží od zavlažování až po fyziologii člověka. Má významné inženýrské příspěvky v oblasti letectví, námořní dopravy, zavlažování, hydrauliky a mnoha dalších disciplínách.
Proud tekutiny se liší od jednoho stavu k druhému a pro usnadnění analýzy je proudění rozděleno do různých režimů, kde vlastnosti tekutiny, jako je rychlost, tlak, hustota a viskozita, charakterizují každý režim. Turbulentní a laminární proudění jsou dvě hlavní třídy režimů proudění.
Co je laminární proudění?
Když částice tekutiny proudí, aniž by se vzájemně protínaly a rychlost částice je vždy tangenciální k dráze částice, říká se, že proudění je proudnicové. Když nastane proudění proudu, vrstvy částic tekutiny mají tendenci klouzat po sousední částici, aniž by rušily pohyb ostatních, a to se děje ve vrstvách nebo vrstvách proudění tekutiny. Takové proudění je známé jako laminární proudění. Laminární proudění nebo proudění nastává, když je rychlost tekutiny relativně nízká.
Při laminárním proudění má vrstva v kontaktu se stacionárním povrchem nulovou rychlost a ve směru kolmém k povrchu má rychlost vrstev tendenci se zvyšovat. Také rychlost, tlak, hustota a další dynamické vlastnosti tekutiny zůstávají nezměněny v každém bodě prostoru proudění.
Reynoldsovo číslo udává, jak dobře může tekutina projít laminárním prouděním. Když je Reynoldsovo číslo nízké, proudění má tendenci být laminární a viskózní síly jsou dominantní formou interakce mezi vrstvami. Když je Reynoldsovo číslo vysoké, proudění má tendenci být turbulentní a inerciální síly jsou dominantní formou interakce mezi vrstvami.
Co je turbulentní proudění?
Když se vlastnosti tekutiny v toku rychle mění s časem, tj. když změny v rychlosti, tlaku, hustotě a dalších vlastnostech toku vykazují náhodné a libovolné změny, toku se říká turbulentní tok.
Proud tekutiny v rovnoměrném válcovém potrubí s konečnou délkou, také známý jako Poiseuilleův proud, bude mít turbulenci v toku, když Reynoldsovo číslo dosáhne kritického čísla 2040. Obecně však tok nemusí explicitně být turbulentní, když je Reynoldsovo číslo vyšší než 10 000.
Turbulentní proudění je charakteristické svou nahodilou povahou, difuzivitou a vířivostí. Proud obsahuje víry, křížové proudy a víry.
Jaký je rozdíl mezi laminárním a turbulentním prouděním?
• V laminárním proudění se proudění vyskytuje při nízkých rychlostech a nízkém Reynoldsově čísle, zatímco turbulentní proudění nastává při vysokých rychlostech a vysokém Reynoldsově čísle.
• Při laminárním proudění je dráha vedení tekutiny pravidelná a přímá, kde nedochází k bočnímu narušení cest tekutiny a tekutina proudí ve vrstvách. V turbulentním proudění je proudění nepravidelné a chaotické, kde se vyskytují víry, víry a křížové proudy.
• Při laminárním proudění zůstávají vlastnosti tekutiny v bodě v prostoru konstantní s časem, zatímco při turbulentním proudění jsou vlastnosti tekutiny v bodě stochastické.
