Haideți să studiem turbulența

Turbulența este un fenomen cunoscut doar din experimente. Nu există o explicație pentru el. Știm din experimente că fenomenul turbulent este guvernat de așa-numitul „număr al lui Reynolds”. Pentru valori aproximativ mai mici de 2000 ale acestui număr curgerea fluidelor este laminară (adică neturbulentă), iar pentru valori aproximativ de peste 4000 curgerea devine turbulentă.

În plus, există o diagramă Moody construită strict pe baze experimentale (deci fără explicație teoretică cunoscută) care ne arată dependența factorului de fricțiune cu acest număr. În domeniul laminar, factorul de fricțiune este invers proporțional cu numărul lui Reynolds, iar în domeniul foarte turbulent (numere Reynolds foarte mari) factorul de fricțiune rămâne aproape constant.


Ce ar trebui făcut ca să explicăm fenomenul pe baze teoretice?

Abel, pune te rog vreun link să mă familiarizez și eu cu termenii.
De preferat cu poze

Abel Cavaşi a scris:Turbulența este un fenomen cunoscut doar din experimente. Nu există o explicație pentru el. Știm din experimente că fenomenul turbulent este guvernat de așa-numitul „număr al lui Reynolds”. Pentru valori aproximativ mai mici de 2000 ale acestui număr curgerea fluidelor este laminară (adică neturbulentă), iar pentru valori aproximativ de peste 4000 curgerea devine turbulentă.

În plus, există o diagramă Moody construită strict pe baze experimentale (deci fără explicație teoretică cunoscută) care ne arată dependența factorului de fricțiune cu acest număr. În domeniul laminar, factorul de fricțiune este invers proporțional cu numărul lui Reynolds, iar în domeniul foarte turbulent (numere Reynolds foarte mari) factorul de fricțiune rămâne aproape constant.

Ce ar trebui făcut ca să explicăm fenomenul pe baze teoretice?

Sa dezvolti teoria frecarii fluidelor in miscare. Consideri un element volum de fluid,"dv" care este in contact cu un element de suprafata rugoasa "ds". Mai departe calculezi forta de frecare in functie de viteza fluidului, densitatea lui, tensiunea superficiala de contact dintre fluid si suprafata rugoasa, si acceleratia gravitationala. In continuare tine de ingeniozitatea teoreticianului.

@curiosul
Găsești detalii în pdf-ul: http://udel.edu/~inamdar/EGTE215/Laminar_turbulent.pdf

@Virgil
Ce crezi că lipsește din dezvoltarea actuală a teoriei frecării fluidelor?

Abel Cavaşi a scris:@curiosul
Găsești detalii în pdf-ul: http://udel.edu/~inamdar/EGTE215/Laminar_turbulent.pdf

Mulțumesc Abel !
L-am răsfoit un pic și pare să fie ideal pentru mine să înțeleg turbulența.
Mă refer la poze.
Așa funcționează gândirea mea.
Că dacă o las singură interpretează în felul ei la nivel de imaginație situația.
Așa, cu poze, îmi reduce interpretările doar la modul obiectiv al situației.

[quote="Abel Cavaşi"


@Virgil
Ce crezi că lipsește din dezvoltarea actuală a teoriei frecării fluidelor?[/quote]
Cu foarte multi ani in urma cand eram student, aveam un profesor care studia hidrodinamica, si voia sa demonstreze natura ondulatorie a scurgerii lichidelor. Una din experientele simple si convingatoare era; dadea drumul la canal la un firisor continuu si laminar de apa, apoi punea degetul sub acest fir de apa si-l apropia incet de robinet. La o distanta de cca. un cm de gura robinetului, firul de apa se ondula, adica suprafata lui se incretea, ceia ce punea in valoare prezenta unei unde stationare.
In ce priveste teoria lui, nu stiu ce a facut intrucat problema nu m-a interesat mai ales la varsta aia.
Ce cred ca lipseste din dezvoltarea actuala a teoriei? lipseste o ecuatie din care sa rezulte trecerea de la curgerea liniara la cea turbulenta, atunci cand introducem valorile parametrilor (viteza, densitate, presiune atmosferica, diametrul jetului, rugozitatea suprafetei de contact cu apa). Aparent presiunea atmosferica nu are nici un rol, si totusi am vazut uneori ca suprafata apei pe Dunare care este in permanenta cu valuri, inainte de a se schimba vremea (furtuna, ploaie), valurile aproape dispar si suprafata apei devine ca o oglinda putin valurita, de te poti vedea in ea.

Am răsfoit un pic pdf-ul, repet, este ideal pentru mine că nu are nici o matematică superioară folosită și am constatat un aspect.

Că dheee...eu sunt capabil să-mi dau cu părerea peste tot, chiar dacă nu studiez amănunțit.

Pe nicăieri nu apare temperatura.
Ori temperatura și vibrația moleculară sunt legate una de alta, iar curgerea, la nivel molecular, cred că trebuie să țină cont și de vibrația moleculară, de mișcarea intrinsecă a moleculelor, nu-i așa ?

Mi-am format o oarecare părere citind pdf-ul.
Evident, trebuie studiat fenomenul mai în profunzime.

Așa la prima vedere, cred că trebuie luat în calcul mecanismul care se produce la nivel molecular.
Acolo nu mai există o fricțiune între molecule, ci mai degrabă o interacție între câmpuri.
Dacă tot virgil e de pe lângă Dunăre, el poate observa mai ușor.
Într-un șuvoi de apă, între porțiunea din apă care se mișcă mai repede și restul apei, nu este o frecare propriu-zisă între moleculele de apă, ci mai degrabă, prin forțele care țin legate moleculele, o antrenare diferită a mișcării lor, eventual și imprimarea unei rotații a moleculelor ce se transmite prin acele forțe de la una la alta etc.

Zic și eu, dar mai trebuie studiat.
Oricum, nu apare temperatura prin ecuații, deși la un moment dat, în exemple, se menționează glicerină la 25C, probabil că se referă la C de la grade celsius etc, ori asta înseamnă că trebuie cumva introdusă în ecuații și temperatura, ca și factor de care depinde curgerea turbulentă sau laminară, pe lângă celelalte variabile, densitatea, presiunea, lungimea tubului etc.

ntr-un șuvoi de apă, între porțiunea din apă care se mișcă mai repede și restul apei, nu este o frecare propriu-zisă între moleculele de apă, ci mai degrabă, prin forțele care țin legate moleculele, o antrenare diferită a mișcării lor, eventual și imprimarea unei rotații a moleculelor ce se transmite prin acele forțe de la una la alta etc.

Viteza de curgere a apei la mijlocul Dunarii este de cca 10 km/h, pe cand aproape de mal este de sub un km/h. Insa si aceasta viteza este variabila deoarece dealungul Dunarii se inregistreaza viituri de apa, ca niste valuri lungi de zeci de km, mai ales in timpul ploilor, primavara la topirea zapezilor. Daca ascultati la radio cotele apelor Dunarii, veti vedea ca intr-o localitate cotele pot fi in scadere in timp ce in aval cotele pot fi in crestere. Sigur acest lucru depinde si de afluientii Dunarii si de zonele in care au plouat.

Așa virgile, dacă stai să iei problema la bani mărunți, turbulența poate fi descrisă matematic, dar cu o matematică pe care o înțelege doar...omul din lună.

Dacă nu mai privești fluidul ca pe ceva compact, curgerea turbulentă o poți înțelege matematic descriind componentele în mișcare ale fluidului.

Dacă scrii ecuația de mișcare a fiecărei molecule pe porțiunea de drum pe care curgere este turbulentă, luând în calcul toate forțele și factorii care intervin în mișcare fiecărei molecule pe aceea porțiune de drum turbulent, înțelegi și explici exact de ce curgerea este turbulentă.

Dar cum am spus, trebuie să fii...din lună ca să faci acel aparat matematic.
Turbulența apare tocmai pentru că privim fluidul și curgerea acestuia la suprafață și nu ce se întâmplă în interiorul fluidului.

Dar în cazul fierberii putem vorbi de turbulență ?
Ar putea fi turbulența de mai multe tipuri și să aibă cauze diferite ?

Întrebări grele. Nu știu să răspund fără echivoc la ele. Mai studiez și eu în dramul de timp ce-mi rămâne.

Diferenta dintre curgerea laminara si curgerea turbulenta, este la fel ca diferenta dintre un cantec de leagan si un zgomot de motocicleta. Ambele sunt vibratii, dar forma lor difera fundamental.