توربولانس جریان

جریان توربولانس چیست؟

جریان توربولانس در مکانیک به حرکت سیال در وضعیتی گفته می‌شود که در آن حرکت ذرات به شکل تصادفی است. در واقع برعکس جریان لایه‌ای که در آن حرکت ذرات سیال به صورت لایه‌هایی است که روی هم در حرکت هستند، در توربولانس، ذرات سیال در راستای عمود بر مسیر حرکت نیز با هم ترکیب شده و حرکتی تصادفی را به وجود می آورند. در واقع توربولانس جریان به نوعی رژیم جریان گفته می‌شود که ویژگی آن تغییرات تصادفی و آشفته مانند خصوصیات سیال است. با این حال اغلب ادعا می‌شود که تعریف دقیقی برای توربولانس وجود ندارد. همواره یکی از کامل ترین تعریف های انجام شده در گذشته که توسط تئودوره فون کارمن ارائه شده است این است که بیان می کند توربولانس حرکت نامنظمی است که عموماً هنگامی که سیالات از روی سطوح جامد عبور می‌کنند یا حتی زمانی که جریان‌هایی از یک نوع سیال در مجاورت هم قرار گرفته یا از روی یکدیگر عبور می‌کنند، مشاهده می‌شود. به منظور دستیابی به این مقدار از واحدی به نام عدد رینولدز که پارامتری بدون بعد است استفاده می‌شود.

تحلیل رفتار توربولانسی چگونه است؟

اگرچه جزئیات رفتار توربولانسی یک جریان به‌طور دقیق معلوم نیست اما بیشتر از ۹۰ درصد از جریان‌هایی که در صنعت و در زندگی روزمره با آن مواجه‌ می شویم، از نوع توربولانسی هستند. از آنجا که رفتار توربولانسی شدیدا تصادفی بوده، لذا تحلیل آن بسیار مشکل است به طوری که در نظر بسیاری از افراد صاحب نظر در زمینه علوم تجربی، آخرین مسئله حل نشده در فیزیک کلاسیک، پدیده توربولانسی است. اصلی ترین وسیله موجود برای ارزیابی رفتار توربولانسی، دینامیک سیالات محاسباتی یا همان CFD است. در واقع CFD شاخه‌ای از مکانیک سیالات است که در آن به کمک تحلیل عددی، جریان‌های توربولانس حل شده و توصیف می‌شوند. عمدتا پدیده توربولانس جریان در اثر تغییر فشار یا سرعت سیال عبوری از پمپ، فن و کمپرسور یا لوله های خروجی این دستگاه ها، ایجاد می شود. این جدایی جریان سبب توربولانس می‌شود که ارتعاش با فرکانسِ پایین، تصادفی و نامنظمی را در محدوده 0.83Hz تا 33.3Hz ایجاد می‌کند. اگر پدیده سرج (SURGE) در کمپرسور رخ دهد، ارتعاش فرکانس بالایِ باند پهنی ایجاد خواهد شد که توربولانس زیاد می‌تواند فرکانس‌های بالای باند پهنی را تحریک نماید.

معیار آرام یا آشفته بودن یک جریان چیست؟

شاخصی که جهت تشخیص آشفتگی جریان استفاده می شود عدد رینولدز نام دارد که معیاری بی بعد است و به مقیاس های سرعت، طول و ماهیت سیال (چگالی و ویسکوزیته دینامیکی) وابستگی دارد. در واقع این عدد  نسبت جابجایی به نفوذ را بیان می کند.