זרימה למינרית לעומת זרימה טורבולנטית
דינמיקת נוזלים היא חלק חשוב מהפיסיקה הקלאסית, והיישומים פועלים מהשקיה לפיזיולוגיה של האדם. יש לו תרומות הנדסיות משמעותיות בתחומי התעופה והחלל, הימיים, ההשקיה, ההידראולית ודיסציפלינות רבות אחרות.
זרימת הנוזל משתנה ממצב אחד למשנהו, ולמען קלות הניתוח, הזרימה מסווגת למשטרים שונים שבהם תכונות הנוזל כגון מהירות, לחץ, צפיפות וצמיגות מאפיינות כל משטר. סוער וזרימה למינרית הם שני המחלקות העיקריות של משטרי זרימה.
מהי זרימה למינרית?
כאשר חלקיקי הנוזל זורמים מבלי לחתוך את הנתיבים של זה ומהירות החלקיק תמיד משיקת לנתיב החלקיק, אומרים שהזרימה היא יעילה. כאשר מתרחשת זרימת ההתייעלות, שכבות חלקיקי הנוזל נוטות להחליק על החלקיק הסמוך מבלי להפריע לתנועתם של אחרים, וזה מתרחש בשכבות או בלמינות של זרימת נוזלים. זרימה כזו ידועה כזרימה למינרית. זרימה למינרית או זרימת ייעול מתרחשת כאשר מהירות הנוזל נמוכה יחסית.
בזרימה למינרית, לשכבה במגע עם משטח נייח יש מהירות אפס, ובכיוון הניצב למשטח, מהירות השכבות נוטה לעלות. כמו כן, המהירות, הלחץ, הצפיפות ושאר תכונות הנוזל הדינמיות נשארות ללא שינוי בכל נקודה בחלל הזרימה.
מספר ריינולדס הוא אינדיקציה עד כמה נוזל עשוי לעבור זרימה למינרית. כאשר מספר ריינולדס נמוך, הזרימה נוטה להיות למינרית, והכוחות הצמיגים הם הצורה הדומיננטית של אינטראקציה בין השכבות.כאשר מספר ריינולדס גבוה, הזרימה נוטה להיות סוערת, וכוחות אינרציאליים הם הצורה הדומיננטית של אינטראקציה בין השכבות.
מהי זרימה טורבולנטית?
כאשר תכונות הנוזל בזרימה משתנות במהירות עם הזמן, כלומר כאשר השינויים במהירות, בלחץ, בצפיפות ובמאפייני זרימה אחרים מראים שינויים אקראיים ושרירותיים, הזרימה ידועה כזרימה סוערת.
לזרימת הנוזל בתוך צינור גלילי אחיד עם אורך סופי, המכונה גם זרימת Poiseuille, תהיה מערבולת בזרימה כאשר מספר ריינולדס יגיע למספר הקריטי 2040. עם זאת, בדרך כלל, ייתכן שהזרימה לא במפורש להיות סוער כאשר מספר ריינולדס הוא יותר מ-10000.
זרימה סוערת מאופיינת באופיה האקראי, בפיזור ובמערבולת שלה. הזרימה מכילה מערבולות, זרמים צולבים ומערבולות.
מה ההבדל בין Laminar ו- Turbulent Flow?
• בזרימה למינרית, הזרימה מתרחשת במהירויות נמוכות ובמספר ריינולדס נמוך, בעוד שזרימת טורבולנס מתרחשת במהירויות גבוהות ובמספר ריינולדס גבוה.
• בזרימה למינרית, הנתיב של קווי הנוזל הוא סדיר ומתייעל כאשר אין הפרעה צידית של נתיבי הנוזל והנוזל זורם בשכבות. בזרימה סוערת, תבנית הזרימה אינה סדירה וכאוטית, שבה מתרחשות מערבולות, מערבולות וזרמים צולבים.
• בזרימה למינרית, תכונות הנוזל בנקודה במרחב נשארות קבועות עם הזמן בעוד שבזרימה סוערת, תכונות הנוזל בנקודה הן סטוכסטיות.
