Laminare e Flusso Turbolento

Le caratteristiche di flusso laminare e flusso turbolento sono molto diversi. Per capire perché il flusso turbolento o laminare è desiderabile nel funzionamento di un particolare sistema, è necessario comprendere le caratteristiche del flusso laminare e turbolento.,

Regimi di flusso

Tutto il flusso di fluido è classificato in una delle due grandi categorie o regimi. Questi due regimi di flusso sono flusso laminare e flusso turbolento. Il regime di flusso, sia laminare che turbolento, è importante nella progettazione e nel funzionamento di qualsiasi sistema fluido. La quantità di attrito fluido, che determina la quantità di energia necessaria per mantenere il flusso desiderato, dipende dalla modalità di flusso. Questa è anche una considerazione importante in alcune applicazioni che coinvolgono il trasferimento di calore al fluido.,

Flusso laminare

Il flusso laminare viene anche definito flusso streamline o viscoso. Questi termini sono descrittivi del flusso perché, nel flusso laminare, (1) strati di acqua che scorrono l’uno sull’altro a velocità diverse praticamente senza miscelazione tra strati, (2) le particelle fluide si muovono in percorsi o linee di corrente definiti e osservabili e (3) il flusso è caratteristico del fluido viscoso (spesso) o è uno in cui la viscosità del fluido gioca una parte significativa.

Flusso turbolento

Il flusso turbolento è caratterizzato dal movimento irregolare delle particelle del fluido., Non esiste una frequenza definita in quanto vi è nel moto ondoso. Le particelle viaggiano in percorsi irregolari senza pattern osservabili e senza strati definiti.

Profili di velocità di flusso

Non tutte le particelle fluide viaggiano alla stessa velocità all’interno di un tubo. La forma della curva di velocità (il profilo di velocità attraverso una determinata sezione del tubo) dipende dal fatto che il flusso sia laminare o turbolento. Se il flusso in un tubo è laminare, la distribuzione della velocità in una sezione trasversale sarà di forma parabolica con la velocità massima al centro che è circa il doppio della velocità media nel tubo., Nel flusso turbolento, esiste una distribuzione di velocità abbastanza piatta attraverso la sezione del tubo, con il risultato che l’intero fluido scorre ad un dato singolo valore. Figura 5 aiuta a illustrare le idee di cui sopra. La velocità del fluido a contatto con la parete del tubo è essenzialmente zero e aumenta più lontano dalla parete.

Si noti dalla Figura 5 che il profilo di velocità dipende dalle condizioni superficiali della parete del tubo., Una parete più liscia si traduce in un profilo di velocità più uniforme rispetto a una parete ruvida del tubo.

Velocità media (massa)

In molti problemi di flusso del fluido, invece di determinare velocità esatte in posizioni diverse nella stessa sezione trasversale del flusso, è sufficiente consentire a una singola velocità media di rappresentare la velocità di tutto il fluido in quel punto del tubo. Questo è abbastanza semplice per il flusso turbolento poiché il profilo di velocità è piatto sulla maggior parte della sezione trasversale del tubo. È ragionevole supporre che la velocità media sia la stessa della velocità al centro del tubo.,

Se il regime di flusso è laminare (il profilo di velocità è parabolico), esiste ancora il problema di cercare di rappresentare la velocità “media” in una determinata sezione trasversale poiché un valore medio viene utilizzato nelle equazioni del flusso del fluido. Tecnicamente, questo viene fatto per mezzo del calcolo integrale. In pratica, lo studente dovrebbe utilizzare un valore medio che è la metà del valore della linea centrale.

Viscosità

La viscosità è una proprietà del fluido che misura la resistenza del fluido alla deformazione dovuta a una forza di taglio., La viscosità è l’attrito interno di un fluido che lo rende resistente al passaggio di una superficie solida o di altri strati del fluido. La viscosità può anche essere considerata una misura della resistenza di un fluido al flusso. Un olio denso ha un’alta viscosità; l’acqua ha una bassa viscosità. L’unità di misura per la viscosità assoluta è:

La viscosità di un fluido è solitamente significativamente dipendente dalla temperatura del fluido e relativamente indipendente dalla pressione., Per la maggior parte dei fluidi, all’aumentare della temperatura del fluido, la viscosità del fluido diminuisce. Un esempio di questo può essere visto nell’olio lubrificante dei motori. Quando il motore e il suo olio lubrificante sono freddi, l’olio è molto viscoso o spesso. Dopo che il motore è stato avviato e l’olio lubrificante aumenta di temperatura, la viscosità dell’olio diminuisce in modo significativo e l’olio sembra molto più sottile.

Fluido ideale

Un fluido ideale è incomprimibile e non ha viscosità., I fluidi ideali in realtà non esistono, ma a volte è utile considerare cosa accadrebbe a un fluido ideale in un particolare problema di flusso del fluido al fine di semplificare il problema.

Numero di Reynolds

Il regime di flusso (laminare o turbolento) è determinato valutando il numero di Reynolds del flusso (vedere figura 5). Il numero di Reynolds, basato su studi di Osborn Reynolds, è un numero adimensionale costituito dalle caratteristiche fisiche del flusso. L’equazione 3-7 viene utilizzata per calcolare il numero di Reynolds (NR) per il flusso del fluido.,

dove:

Per scopi pratici, se il numero di Reynolds è inferiore a 2000, il flusso è laminare. Se è maggiore di 3500, il flusso è turbolento. Flussi con numeri di Reynolds tra 2000 e 3500 sono talvolta indicati come flussi di transizione. La maggior parte dei sistemi fluidi negli impianti nucleari funziona con flusso turbolento. I numeri di Reynolds possono essere convenientemente determinati utilizzando un grafico lunatico, un esempio del quale è mostrato di seguito. Ulteriori dettagli sull’uso del grafico Moody sono forniti nel testo successivo.,