Dòng chảy Laminar và Dòng chảy hỗn loạn
Động lực học chất lỏng là một phần quan trọng của vật lý cổ điển, và các ứng dụng chạy từ thủy lợi đến sinh lý con người. Nó có những đóng góp đáng kể về mặt kỹ thuật trong các lĩnh vực hàng không, hàng hải, thủy lợi, thủy lực và nhiều lĩnh vực khác.
Dòng chất lỏng thay đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác, và để dễ phân tích, dòng chảy được phân loại thành các chế độ khác nhau trong đó các đặc tính của chất lỏng như vận tốc, áp suất, tỷ trọng và độ nhớt đặc trưng cho từng chế độ. Dòng chảy rối và dòng chảy Laminar là hai loại chính của chế độ dòng chảy.
Laminar Flow là gì?
Khi các hạt chất lỏng chảy mà không giao nhau theo đường đi của nhau và vận tốc của hạt luôn tiếp tuyến với đường đi của hạt thì dòng chảy được cho là dòng chảy. Khi dòng chảy hợp lý xảy ra, các lớp của các phần tử chất lỏng có xu hướng trượt qua các phần tử bên cạnh mà không làm ảnh hưởng đến chuyển động của các phần tử khác, và điều này xảy ra trong các lớp hoặc lớp của dòng chất lỏng. Dòng chảy như vậy được gọi là dòng chảy Laminar. Dòng chảy nhiều lớp hoặc dòng chảy dòng chảy xảy ra khi vận tốc chất lỏng tương đối thấp.
Trong dòng chảy tầng, lớp tiếp xúc với bề mặt đứng yên có vận tốc bằng không và theo phương vuông góc với bề mặt, vận tốc của các lớp có xu hướng tăng lên. Ngoài ra, vận tốc, áp suất, mật độ và các đặc tính động lực học khác của chất lỏng không thay đổi tại mọi điểm trong không gian của dòng chảy.
Số Reynolds là dấu hiệu cho biết chất lỏng tốt có thể trải qua dòng chảy tầng như thế nào. Khi số Reynolds thấp, dòng chảy có xu hướng thành lớp, và lực nhớt là dạng tương tác chủ đạo giữa các lớp. Khi số Reynolds cao, dòng chảy có xu hướng hỗn loạn và lực quán tính là hình thức tương tác chủ đạo giữa các lớp.
Dòng chảy hỗn loạn là gì?
Khi các đặc tính của chất lỏng trong một dòng chảy thay đổi nhanh chóng theo thời gian, tức là khi các thay đổi về vận tốc, áp suất, mật độ và các đặc tính khác của dòng chảy cho thấy những thay đổi ngẫu nhiên và tùy ý, dòng chảy được gọi là dòng chảy rối.
Dòng chất lỏng trong một ống hình trụ đồng nhất có chiều dài hữu hạn, còn được gọi là dòng Poiseuille, sẽ có sự hỗn loạn trong dòng chảy khi số Reynolds đạt đến số tới hạn 2040. Tuy nhiên, nói chung, dòng chảy có thể không rõ ràng hỗn loạn khi số Reynolds nhiều hơn 10000.
Dòng chảy hỗn loạn được đặc trưng bởi tính chất ngẫu nhiên, tính khuếch tán và xoáy của nó. Dòng chảy có các dòng xoáy, dòng chảy chéo và xoáy.
Sự khác biệt giữa Laminar và Turbulent Flow là gì?
• Trong dòng chảy tầng, dòng chảy xảy ra ở vận tốc thấp và số Reynolds thấp, trong khi dòng chảy hỗn loạn xảy ra ở vận tốc cao và số Reynolds cao.
• Trong dòng chảy Laminar, đường đi của các dòng chất lỏng là đều đặn và hợp lý, nơi không có sự xáo trộn bên của các đường dẫn chất lỏng và chất lỏng chảy thành từng lớp. Trong dòng chảy hỗn loạn, dạng dòng chảy không đều và hỗn loạn, nơi xảy ra xoáy, xoáy và dòng chảy chéo.
• Trong dòng chảy tầng, đặc tính chất lỏng tại một điểm trong không gian không đổi theo thời gian trong khi ở dòng chảy hỗn loạn, đặc tính chất lỏng tại một điểm là ngẫu nhiên.
