Laminárne prúdenie vs turbulentné prúdenie
Dynamika tekutín je dôležitou súčasťou klasickej fyziky a jej aplikácie prebiehajú od zavlažovania až po fyziológiu človeka. Má významný inžiniersky prínos v oblasti letectva, námorníctva, zavlažovania, hydrauliky a mnohých ďalších disciplín.
Prietok tekutiny sa mení od jedného stavu k druhému a pre uľahčenie analýzy je prúd kategorizovaný do rôznych režimov, kde vlastnosti tekutiny, ako je rýchlosť, tlak, hustota a viskozita, charakterizujú každý režim. Turbulentné a laminárne prúdenie sú dve hlavné triedy režimov prúdenia.
Čo je laminárne prúdenie?
Keď častice tekutiny prúdia bez toho, aby sa vzájomne pretínali a rýchlosť častice je vždy tangenciálna k dráhe častice, tok sa považuje za prúdový. Keď dôjde k prúdiacemu toku, vrstvy častíc tekutiny majú tendenciu kĺzať po susednej častici bez narušenia pohybu ostatných, a to sa vyskytuje vo vrstvách alebo vrstvách toku tekutiny. Takýto tok je známy ako laminárny tok. Laminárne prúdenie alebo prúdenie nastáva, keď je rýchlosť tekutiny relatívne nízka.
Pri laminárnom prúdení má vrstva v kontakte so stacionárnym povrchom nulovú rýchlosť a v smere kolmom na povrch má rýchlosť vrstiev tendenciu narastať. Taktiež rýchlosť, tlak, hustota a iné dynamické vlastnosti tekutiny zostávajú nezmenené v každom bode priestoru prúdenia.
Reynoldsovo číslo udáva, ako dobre môže tekutina prejsť laminárnym tokom. Keď je Reynoldsovo číslo nízke, prúdenie má tendenciu byť laminárne a dominantnou formou interakcie medzi vrstvami sú viskózne sily. Keď je Reynoldsovo číslo vysoké, prúdenie má tendenciu byť turbulentné a dominantnou formou interakcie medzi vrstvami sú zotrvačné sily.
Čo je turbulentné prúdenie?
Keď sa vlastnosti tekutiny v prúde rýchlo menia s časom, t. j. keď zmeny rýchlosti, tlaku, hustoty a iných vlastností prúdenia vykazujú náhodné a ľubovoľné zmeny, prúdenie je známe ako turbulentné prúdenie.
Tok tekutiny v rovnomernom valcovom potrubí s konečnou dĺžkou, tiež známy ako Poiseuilleov tok, bude mať turbulencie v toku, keď Reynoldsovo číslo dosiahne kritické číslo 2040. Vo všeobecnosti však tok nemusí explicitne byť turbulentný, keď je Reynoldsovo číslo viac ako 10 000.
Turbulentné prúdenie je charakteristické svojou náhodnou povahou, difúziou a vírivosťou. Prúd obsahuje víry, krížové prúdy a víry.
Aký je rozdiel medzi laminárnym a turbulentným prúdením?
• Pri laminárnom prúdení sa prúdenie vyskytuje pri nízkych rýchlostiach a nízkom Reynoldsovom čísle, zatiaľ čo turbulentné prúdenie sa vyskytuje pri vysokých rýchlostiach a vysokom Reynoldsovom čísle.
• Pri laminárnom prúdení je dráha prúdenia tekutiny pravidelná a hladká, kde nedochádza k bočnému narušeniu dráh tekutiny a tekutina prúdi vo vrstvách. Pri turbulentnom prúdení je prúdenie nepravidelné a chaotické, kde sa vyskytujú víry, víry a krížové prúdy.
• Pri laminárnom prúdení zostávajú vlastnosti tekutiny v určitom bode v čase konštantné, zatiaľ čo pri turbulentnom prúdení sú vlastnosti tekutiny v určitom bode stochastické.
