A Reynolds-szám; Elképesztő tudomány
Meglepő módon a két helyzet közötti határ meglehetősen vékony, és a Reynolds-számnak nevezett mennyiség segítségével érzékelhetjük. Mint látni fogjuk, a két viselkedés közötti átmenet megértése még mindig mélyreható kutatás tárgya [1].
Légörvény
Amikor egy folyadék áramlása több örvény székhelye, akkor azt mondjuk, hogy ez az áramlás az viharos. Ellenkezőleg, ha úgy tűnik, hogy az áramlás nagyon párhuzamos módon történik, akkor áramlásról beszélünk laminaria.
A turbulens áramlások különösen az akadályok közelében észlelhetők, például a híd mólóinál. A két helyzet közötti különbséget sematikusan szemlélteti a szemközti ábra: fent a lamináris áramlás, alul a turbulens áramlás.
A különbség az, hogy turbulens áramlásban, apró zavarok örvényeket okoznak. Éppen ellenkezőleg, lamináris áramlás esetén a zavarok gyorsan alábbhagynak, és az áramlás folytatja csendes menetét.
Honnan tudhatja előre, hogy egy áramlás lesz-e a turbulencia székhelye? Ez elsősorban a folyékony viszkozitás, mert ez súrlódásként működik, ami lelassítja a zavarokat és megakadályozza az örvények megjelenését. De mikor elegendő a viszkozitás a turbulens örvények megjelenésének lassításához ?
Harc a viszkozitás és a tehetetlenség között
Ahhoz, hogy megtudja, a viszkozitás elég erős-e az örvények lelassításához, össze kell hasonlítania az áramlás tehetetlenségével. A viszkozitás hajlamos arra, hogy az örvények eltűnjenek, míg a tehetetlenség tovább terjeszti őket. A viszkozitás és a tehetetlenség közötti ütközés megértéséhez vegye a hasonlatot egy síelővel (középiskolában, mechanikában mindig vannak síelők).
Síelő vagy és egy lejtő aljára érkezel, ahol a pálya síkvá válik. Mennyire fog utazni a lendületével a lakásban? Nyilvánvalóan attól függ: egyrészt sebesség amit megszereztél, másrészt a súrlódás intenzitása ez visszatart. Küzdelem a felhalmozódott tehetetlenség és a hó súrlódása között.
Tehetetlenségének számszerűsítése érdekében megnézhetjük a kinetikus energiáját, amely annyit ér, amennyit tud, \ ((1/2) m v ^ 2 \). A súrlódáshoz kifejezhetjük a sebességével arányos erőként, például \ (k.v \), ahol \ (k \) a súrlódási együttható.
Ha összerakod a kettő arányát, akkor kapsz \ (mv/k \), ami egy mennyiség, amely nagyjából megadja a távolságot, amelyet meg fogsz tenni a hintáddal. Ha nehéz, gyors és a hó jól csúszik, akkor tovább megy, mintha könnyű, lassú lenne, és a hó leves lenne.
Reynolds-szám
Térjünk vissza a folyadékunkhoz, és alkalmazzunk a sízőhöz hasonló érvelést. Képzeljük el, hogy a folyadék átlagos v sebességgel folyik, egy D átmérőjű csőben. Ha \ (\ rho \) a folyadék sűrűsége, a folyadék kinetikus energiája nagyjából arányos a \ (\ rho v ^ 2 \ ).