Laminarni tok naspram turbulentnog toka
Dinamika fluida važan je dio klasične fizike, a primjene se kreću od navodnjavanja do ljudske fiziologije. Ima značajan inženjerski doprinos u području zrakoplovstva, pomorstva, navodnjavanja, hidraulike i mnogim drugim disciplinama.
Protok fluida varira od jednog stanja do drugog, a radi lakše analize, protok je kategoriziran u različite režime gdje svojstva fluida kao što su brzina, pritisak, gustoća i viskoznost karakteriziraju svaki režim. Turbulentno i laminarno strujanje dvije su glavne klase režima strujanja.
Što je laminarni protok?
Kada čestice fluida teku bez presijecanja putanja jedna drugoj i brzina čestice je uvijek tangencijalna putanji čestice, kaže se da je tok strujni. Kada se pojavi strujni tok, slojevi čestica tekućine nastoje kliziti preko susjedne čestice bez ometanja gibanja drugih, a to se događa u slojevima ili laminama strujanja tekućine. Takav tok je poznat kao laminarni tok. Laminarni tok ili strujni tok javlja se kada je brzina tekućine relativno mala.
U laminarnom strujanju, sloj u kontaktu sa stacionarnom površinom ima nultu brzinu i, u smjeru okomitom na površinu, brzina slojeva ima tendenciju povećanja. Također, brzina, tlak, gustoća i druga dinamička svojstva fluida ostaju nepromijenjena u svakoj točki prostora protoka.
Reynoldsov broj pokazatelj je koliko tekućina može proći kroz laminarni tok. Kada je Reynoldsov broj nizak, strujanje ima tendenciju da bude laminarno, a viskozne sile su dominantan oblik interakcije između slojeva. Kada je Reynoldsov broj visok, strujanje je turbulentno, a inercijske sile su dominantan oblik interakcije između slojeva.
Što je turbulentno strujanje?
Kada svojstva fluida u protoku brzo variraju s vremenom, tj. kada promjene u brzini, tlaku, gustoći i drugim svojstvima protoka pokazuju nasumične i proizvoljne promjene, protok je poznat kao turbulentan protok.
Protok fluida unutar uniformne cilindrične cijevi konačne duljine, poznat i kao Poiseuilleov protok, imat će turbulenciju u protoku kada Reynoldsov broj dosegne kritični broj 2040. Međutim, općenito, protok možda neće biti eksplicitno biti turbulentan kada je Reynoldsov broj veći od 10000.
Turbulentno strujanje karakterizira njegova nasumična priroda, difuznost i vrtložnost. Tijek sadrži vrtloge, poprečne struje i vrtloge.
Koja je razlika između laminarnog i turbulentnog strujanja?
• U laminarnom strujanju, strujanje se javlja pri malim brzinama i niskom Reynoldsovom broju, dok se turbulentno strujanje javlja pri velikim brzinama i velikom Reynoldsovom broju.
• U laminarnom strujanju staza vodova tekućine je pravilna i strujna gdje nema bočnih poremećaja staza tekućine i tekućina teče u slojevima. U turbulentnom protoku, uzorak protoka je nepravilan i kaotičan, gdje se pojavljuju vrtlozi, kovitlaci i križna strujanja.
• U laminarnom strujanju svojstva fluida u točki u prostoru ostaju konstantna s vremenom, dok su u turbulentnom strujanju svojstva fluida u točki stohastička.
