Reynolds sayısı, bir yüzey üzerindeki sıvı akışının doğası gereği laminer mi yoksa türbülanslı mı olduğunu gösteren boyutsuz bir niceliktir. Bilim dünyası sayılarla doludur ve bilgi akışını büyük ölçüde basitleştiren belirli süreçleri veya varlıkları tanımlamak için kullanılan çeşitli parametreler vardır. Evrensel olarak kabul görmüş standartlar ve birimler, insanlığın kat ettiği ilerlemede hayati bir rol oynamıştır. Dünyanın her yerindeki farklı laboratuvarlarda çalışan farklı bilim adamları ve ekipler, araştırmalarını verimli bir şekilde paylaşabilirler çünkü bilimsel terimler her yerde aynı şeyi ifade eder.
Bilim alanında yaygın olarak kullanılan böyle bir parametre Reynolds sayısıdır. İlk olarak 1851’de George Stokes tarafından ortaya atılan Reynolds sayısı kavramı, adını 19. yüzyılın sonlarında bu fikri popülerleştiren mucit Osborne Reynolds’tan almıştır. Bugün bilim ve mühendislik okuyan birine öğretilen ilk şeylerden biridir.
İçindekiler
Reynolds sayısı nedir?
Bir cisim herhangi bir ortamda hareket ettiğinde bulunduğu ortamın şartlarını değiştirir ve dolayısıyla bu değişim sonucunda ortaya çıkan kuvvete maruz kalır. Örneğin, bir yüzücü bir nehirde hareket ediyor; Suyun içinden geçerken su moleküllerini konumlarından uzaklaştırır ve su molekülleri yüzücünün hareketine karşı bir kuvvet (veya direnç) uygulayarak ilk konumlarını geri kazanmaya çalışır. Bu tür cisimler bu tür herhangi bir sıvıdan aktığında, akış dirençleri ve dolayısıyla akış modelleri, Reynolds sayısı adı verilen boyutsuz bir nicelikle tahmin edilir. Kavram, kendine ait bir parçacığı olmayan bir vakum dışında herhangi bir ortamdaki herhangi bir cismin hareketine uygulanabilir. Reynolds sayısı, bir sıvının aerodinamiğini ve akış modellerini tahmin etmek için sensörde kullanılır.
eylemsizlik kuvveti
Reynolds sayısının bilimsel tanımı, hareketli bir cisim üzerindeki atalet kuvveti ile viskoz veya sürtünme kuvveti arasındaki oran olduğunu belirtir. Örneğin, birisi belirli bir hızla koşarken durmaya çalışırken, vücut koşmaya devam etmek istediği için belirli bir miktarda güce ihtiyaç duyar. Aynı şekilde, dinlenme halindeki bir vücut, dinlenmeye devam etmek istediği için koşmaya başlamak için bir dürtmeye veya bir tür güce ihtiyaç duyar. Vücudun değişimi engelleme ve hareketsiz ya da hareket halinde devam etme eğilimine atalet denir. Atalet özelliği Newton tarafından tanıtıldı ve fizikteki en temel ve evrensel olarak uygulanabilir kavramlardan biridir.
viskoz kuvvet
Viskozite veya viskoelastik kuvvetler, atalete kıyasla nispeten yeni bir kavramdır. 1829 yılında Fransız fizikçi Jean-Louis Marie Boiseul tarafından insan vücudundaki kan dolaşımını incelerken keşfedilmiştir. Akışkanın deformasyona karşı gösterdiği direnci ölçer. Bir sıvı hareket halindeyken, sıvının serbest hareketini durdurmaya çalışan farklı katmanları arasında sürtünme vardır. Bu sürtünme kuvveti, sıvılarda genellikle kalınlık olarak adlandırılan viskozite cinsinden ölçülür. Bir sıvı hareket halindeyken, onu hareket halinde tutmak isteyen atalet kuvveti ile onu durdurmaya çalışan viskoz kuvvet arasında sürekli bir çatışma vardır. Reynolds sayısı, bu rekabeti kimin kazandığını gösterir. Eğer viskoz kuvvetler baskınsa laminer denilen bir akış vardır ve atalet kuvvetleri hakimse akış türbülanslıdır. Reynolds sayısı bize bu iki tür hareketten hangisinin üstün geleceğini söyler.
laminer akış
Laminer veya pürüzsüz akış, sıvının bu iki katman arasında bozulma olmadan sonsuz küçük paralel katmanlarda hareket ettiği ideal akış tipini ifade eder. Akışkan normal yörüngelerde sorunsuz hareket edebilir ve belirli bir parçacığın yeri her an tahmin edilebilir. Böyle bir akışta sıvı tabakaları birbiri üzerinde kaydığı için viskoz kuvvetlerin bir rolü yoktur. Örneğin, bir borudan veya tüpten düzgün bir şekilde akan viskoz bir sıvıyı düşünün. Viskozitesinin bir sonucu olarak sıvının yüzeyle temas ettiği kenarlarda hızı sıfır iken boru kesitinin merkezine doğru hızı artar. Bu, laminer akışın mükemmel bir örneğidir.
Günlük laminer akış örnekleri, bir uçağın kanadı üzerindeki hava akışını içerir. Reynolds sayısı ile laminer akış arasındaki ilişki, akışkanın aktığı yüzeydeki sistemin tipine göre değişir. Tüp içindeki akışlar için, laminer akış tipik olarak Reynolds sayısı olan 1800’ün altında gerçekleşir. Plaka içindeki akışlar için bu sayı 0,5 milyona çıkar.
türbülanslı akış
Türbülanslı akış laminerin tersidir. Düzensiz dalgalanmalar ve yörüngesini tahmin edilemez kılan sıvı ile karışmayı içerir. Bu deşarj, sıvı hızı ve basıncındaki kaotik, benzeri görülmemiş değişikliklerle karakterize edilir. Sıvı moleküller, yüzey viskozitesinin üstesinden gelmeye yardımcı olan aşırı kinetik enerjiye sahiptir. Örneğin bir barajı düşünün: Kapıları aniden açıldığında, su rastgele akarak mümkün olan her alanı kaplar. Bu, türbülanslı akışa bir örnektir. Nehirlerin ve rüzgarların akışı, akıntılar yumuşak görünse bile, bu anlamda genellikle çalkantılı.
Türbülanslı akış için Reynolds sayısı da mevcut durumdaki sistemin tipine bağlı olarak değişir. Borulardaki akış için genellikle 2100’den büyük Reynolds sayısı için türbülanslı akış oluşur. Bu durumda 1800-2100 aralığı geçiş bölgesi olarak adlandırılır ve çok karmaşık bir olgudur. Plakalar üzerinden akış için kritik Reynolds sayısı 0,5 milyondur ve bu sayının üzerindeki tüm akışlar doğası gereği türbülanslıdır.
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]