Vad är turbulent flöde?

Flöde är den stadiga eller kontinuerliga rörelsen av en vätska, oavsett om det är genom ett rör, över en bäryta eller i det fria, som i fallet med det fria eller havet. Denna typ av rörelse delas in i en av tre allmänna kategorier: laminärt flöde, turbulent flöde eller övergångsflöde. Superdatorer och specialmjukvara är nödvändiga för att överväga komplexa matematiska modeller av sådant flödesbeteende.

Laminärt flöde genom ett rör kan visualiseras som en serie mycket tunna lager – kapslade vätskecylindrar – från ett rörs inre yta till dess mitt. Egenskaper som gynnar laminärt flöde är en slät rörvägg och hög vätskeviskositet. Det yttersta lagret av vätska klamrar sig fast vid röret. De andra lagren glider inuti varandra med något ökande hastigheter när man närmar sig centrum. Laminärt flöde är måttligt förutsägbart och ordnat.

Turbulent flöde är flöde i kaos – flöde komplett med virvlar och virvlar. Ordet ”turbulens” innebär en blandningsverkan som ökar eller bibehåller en enhetlig vätskesammansättning genom hela rörets innehåll. Turbulent flöde gynnas av en grov rörinredning och vätskor med låg viskositet. Det gynnas också av att öka vätskedensiteten. Ett exempel på turbulent flöde är blod genom artärerna.

Övergångsflöde är mellan de två första typerna. Den kombinerar laminärt flöde längs insidan av ett rör med turbulent flöde längs mitten. Ingenjörer av specialblandare designar impellers som introducerar övergångsflöde i högviskösa vätskor som vanligtvis skulle uppvisa laminärt flöde. Detta sparar tid och pengar att blanda ihop.

Turbulent flöde är extremt viktigt för flyget på två sätt. Turbulens i den omgivande luften, producerad av vädersystem, ligger utanför konstruktörens kontroll. Den andra är turbulens som genereras av flygplanet självt, särskilt dess vingar. Denna typ av kontrollerbar turbulens kommer från vingar och kan delas in i vågturbulens och turbulens i vingytan.

Vakna turbulens är det flöde som genereras av flygplanets vingspetsar, och det tar ofta formen av ett cirkulärt mönster av luft vinkelrätt mot flygriktningen. Turbulens i vingytan genereras över vingens yta och orsakar luftmotstånd och förlust av lyftkraft. Metoder för att reducera turbulens i våg och vingblad är föremål för mycket teori och design.