Laminarni tok proti turbulentnemu toku
Fluidna dinamika je pomemben del klasične fizike, aplikacije pa segajo od namakanja do človeške fiziologije. Ima pomembne inženirske prispevke na področju letalstva, pomorstva, namakanja, hidravlike in mnogih drugih disciplin.
Pretok tekočine se razlikuje od enega stanja do drugega in za lažjo analizo je tok razvrščen v različne režime, kjer so lastnosti tekočine, kot so hitrost, tlak, gostota in viskoznost, značilne za vsak režim. Turbulentni in laminarni tok sta dva glavna razreda tokovnih režimov.
Kaj je laminarni tok?
Kadar delci tekočine tečejo, ne da bi sekali poti drug drugega in je hitrost delca vedno tangencialna na pot delca, pravimo, da je tok pretočen. Ko pride do pretočnega toka, plasti delcev tekočine drsijo čez sosednje delce, ne da bi motile gibanje drugih, in to se zgodi v plasteh ali laminah toka tekočine. Tak tok je znan kot laminarni tok. Laminarni tok ali pretočni tok se pojavi, ko je hitrost tekočine relativno nizka.
Pri laminarnem toku ima plast v stiku s stacionarno površino ničelno hitrost in v smeri, ki je pravokotna na površino, hitrost plasti teži k povečanju. Tudi hitrost, tlak, gostota in druge dinamične lastnosti tekočine ostanejo nespremenjene na vsaki točki v prostoru toka.
Reynoldsovo število je pokazatelj, kako dobro je lahko tekočina podvržena laminarnemu toku. Ko je Reynoldsovo število nizko, je tok ponavadi laminaren, viskozne sile pa so prevladujoča oblika interakcije med plastmi. Ko je Reynoldsovo število visoko, je tok turbulenten in vztrajnostne sile so prevladujoča oblika interakcije med plastmi.
Kaj je turbulentni tok?
Kadar se lastnosti tekočine v toku hitro spreminjajo s časom, tj. ko spremembe v hitrosti, tlaku, gostoti in drugih lastnostih toka kažejo naključne in poljubne spremembe, je tok znan kot turbulenten tok.
Tok tekočine znotraj enakomerne cilindrične cevi s končno dolžino, znan tudi kot Poiseuilleov tok, bo imel turbulenco v toku, ko Reynoldsovo število doseže kritično število 2040. Vendar na splošno tok morda ne bo eksplicitno biti turbulenten, ko je Reynoldsovo število večje od 10000.
Za turbulentni tok je značilna naključna narava, difuznost in vrtinčnost. Tok vsebuje vrtince, prečne tokove in vrtince.
Kakšna je razlika med laminarnim in turbulentnim tokom?
• Pri laminarnem toku se tok pojavi pri nizkih hitrostih in nizkem Reynoldsovem številu, medtem ko se turbulenčni tok pojavi pri visokih hitrostih in visokem Reynoldsovem številu.
• Pri laminarnem toku je pot vodov tekočine pravilna in pretočna, kjer ni bočnih motenj poti tekočine in tekočina teče v plasteh. Pri turbulentnem toku je vzorec toka neenakomeren in kaotičen, kjer se pojavljajo vrtinci, vrtinci in navzkrižni tokovi.
• Pri laminarnem toku ostanejo lastnosti tekočine v točki v prostoru konstantne s časom, medtem ko so pri turbulentnem toku lastnosti tekočine v točki stohastične.
