Τι είναι η τυρβώδης ροή;

Ροή είναι η σταθερή ή συνεχής κίνηση ενός ρευστού, είτε είναι μέσω σωλήνα, κατά μήκος αεροτομής ή σε ύπαιθρο, όπως στην περίπτωση του ανοιχτού αέρα ή της θάλασσας. Αυτός ο τύπος κίνησης εμπίπτει σε μία από τις τρεις γενικές κατηγορίες: στρωτή ροή, τυρβώδης ροή ή μεταβατική ροή. Οι υπερυπολογιστές και το εξειδικευμένο λογισμικό είναι απαραίτητα για την εξέταση πολύπλοκων μαθηματικών μοντέλων τέτοιας συμπεριφοράς ροής.

Η στρωτή ροή μέσω ενός σωλήνα μπορεί να απεικονιστεί ως μια σειρά από πολύ λεπτές στρώσεις — φωλιασμένοι κύλινδροι ρευστού — από την εσωτερική επιφάνεια ενός σωλήνα έως το κέντρο του. Τα χαρακτηριστικά που ευνοούν τη στρωτή ροή είναι το λείο τοίχωμα του σωλήνα και το υψηλό ιξώδες υγρού. Το πιο εξωτερικό στρώμα ρευστού προσκολλάται στον σωλήνα. Τα άλλα στρώματα γλιστρούν το ένα μέσα στο άλλο με ελαφρώς αυξανόμενες ταχύτητες καθώς πλησιάζει το κέντρο. Η στρωτή ροή είναι μέτρια προβλέψιμη και εύρυθμη.

Η τυρβώδης ροή είναι ροή σε αναταραχή — ροή πλήρης με δίνες και δίνες. Η λέξη «στροβιλισμός» υποδηλώνει μια δράση ανάμειξης, αυξάνοντας ή διατηρώντας ομοιόμορφη σύνθεση υγρού σε όλο το περιεχόμενο του σωλήνα. Η τυρβώδης ροή ευνοείται από ένα τραχύ εσωτερικό σωλήνα και από ρευστά χαμηλού ιξώδους. Ευνοείται επίσης από την αύξηση της πυκνότητας του υγρού. Ένα παράδειγμα ταραχώδους ροής είναι αυτό του αίματος μέσω των αρτηριών.

Η μεταβατική ροή είναι μεταξύ των δύο πρώτων τύπων. Συνδυάζει τη στρωτή ροή κατά μήκος της εσωτερικής άκρης ενός σωλήνα με την τυρβώδη ροή προς τα κάτω στη μέση. Οι μηχανικοί ειδικών αναμικτών σχεδιάζουν πτερωτές που εισάγουν μεταβατική ροή σε ρευστά υψηλής παχύρρευσης που συνήθως παρουσιάζουν στρωτή ροή. Αυτό εξοικονομεί χρόνο και χρήμα ανάμειξης.

Η τυρβώδης ροή είναι εξαιρετικής σημασίας για την αεροπορία με δύο τρόπους. Οι αναταράξεις του περιβάλλοντος αέρα, που παράγονται από καιρικά συστήματα, είναι πέρα ​​από τον έλεγχο του σχεδιαστή. Το άλλο είναι οι αναταράξεις που δημιουργούνται από το ίδιο το αεροσκάφος, ιδιαίτερα τα φτερά του. Αυτού του είδους οι ελεγχόμενες αναταράξεις προέρχονται από πτερύγια και μπορούν να χωριστούν σε αναταράξεις μετάδοσης και αναταράξεις αεροτομής.

Οι αναταράξεις αφύπνισης είναι η ροή που δημιουργείται από τα άκρα των φτερών του αεροσκάφους και συχνά παίρνει τη μορφή ενός κυκλικού σχεδίου αέρα κάθετου προς την κατεύθυνση της πτήσης. Οι αναταράξεις της αεροτομής δημιουργούνται σε όλη την επιφάνεια της πτέρυγας και προκαλούν έλξη αεροσκάφους και απώλεια ανύψωσης. Οι μέθοδοι για τη μείωση των αναταράξεων μετάδοσης και αεροτομής αποτελούν αντικείμενο πολλών θεωριών και σχεδίων.