Turbulencja - Polski Serwis Naukowy

Laminarna strużka dymu unosząca się nad papierosem

Turbulencja, przepływ burzliwy – w mechanice ośrodków ciągłych, reologii i aerodynamice – określenie bardzo skomplikowanego, nielaminarnego ruchu płynów. Ogólniej termin ten oznacza złożone zachowanie dowolnego układu fizycznego, czasem zachowanie chaotyczne. Ruch turbulentny płynu przejawia się w występowaniu wirów i innych struktur koherentnych, zjawisku oderwania strugi, zjawisku mieszania. Dziedzinami nauki, które analizują zjawiska związane z turbulencją, są: hydrodynamika, aerodynamika i reologia. Model matematyczny turbulencji próbuje się tworzyć na bazie teorii układów dynamicznych i teorii chaosu.

Liczba Reynoldsa (ang. Reynolds number) - jedna z bezwymiarowych liczb podobieństwa stosowanych w mechanice płynów (hydrodynamice, aerodynamice i reologii). Liczba ta pozwala oszacować występujący podczas ruchu płynu stosunek sił czynnych (sił bezwładności) do sił biernych związanych z tarciem wewnętrznym w płynie przejawiającym się w postaci lepkości.
Chaos deterministyczny - w matematyce i fizyce, własność równań lub układów równań, polegająca na dużej wrażliwości rozwiązań na dowolnie małe zaburzenie parametrów. Dotyczy to zwykle nieliniowych równań różniczkowych i różnicowych, opisujących układy dynamiczne.

Typowym przykładem utraty stabilności ruchu przez przepływ jest unoszący się znad papierosa dym. Początkowo układa się on w pasma (ruch laminarny), by ok. 10 cm nad papierosem wytworzyć początkowe zawirowania, które w końcu tracą uporządkowana strukturę. Innym przykładem ruchu słabo turbulentnego, a właściwie wirowego, jest smuga dymu za wysokimi kominami przemysłowymi: dym układa się w łańcuszek wirów zwany ścieżką von Karmanna.

Aerodynamika (z greckiego: aéros - "powietrze" i dynamikós- "mający siłę, silny") – dział fizyki, mechaniki płynów, zajmujący się badaniem zjawisk związanych z ruchem gazów, a także ruchu ciał stałych w ośrodku gazowym i sił działających na te ciała.
Zol - układ koloidalny w postaci cząstek koloidalnych rozproszonych w cieczy lub gazie. W praktyce pod tym terminem kryje się większość układów koloidalnych.

Turbulencja ma liczne i ważne zastosowania. Wyniki jej badań są istotne m.in. w analizie procesów spalania gazów i cieczy, znajdując zastosowanie w budowie układów wtrysku paliwa i układów tłokowych w samochodach. Zastosowania turbulencji obejmują także konstrukcje przyrządów pomiarowych pozwalających np. mierzyć stan zastawek sercowych czy prędkości przepływu krwi w żyłach na podstawie widma akustycznego szumów turbulentnie płynącej krwi.

Lepkość (tarcie wewnętrzne) - właściwość płynów i plastycznych ciał stałych charakteryzująca ich opór wewnętrzny przeciw płynięciu. Lepkością nie jest opór przeciw płynięciu powstający na granicy płynu i ścianek naczynia. Lepkość jest jedną z najważniejszych cech płynów (cieczy i gazów).
Fluktuacja, wahania przypadkowe - przypadkowe, nie dające się przewidzieć, odchylenia od wartości średniej zmiennej losowej (np. wielkości fizycznej) podlegającej stochastycznym zmianom w czasie i nie wykazujące żadnej tendencji.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

Czy wiesz że...? beta

Dym tytoniowy – pod względem fizyko-chemicznym, heterogenny aerozol, powstający wskutek niecałkowitego spalania tytoniu. Składa się z fazy gazowej i rozproszonych w niej cząsteczek stałych. Z uwagi, że procesowi spalania towarzyszy wytwarzanie ciepła, składniki dymu tytoniowego ulegają pirolizie, a aktywne cząsteczki łączą się ze sobą w procesie pirosyntezy, tak że powstają nowe związki chemiczne. Wśród składników dymu tytoniowego zaobserwowano występowanie ponad 5000 substancji mających działanie na organizm.

Wir (ang. vortex) - jednospójny obszar płynu, w którym wektor rotacji prędkości płynu jest różny od zera, ma ten sam kierunek i zwrot w każdym punkcie pola. Taki wir zapisać można w postaci:

Kryteria podobieństwa modeli doświadczalnych zjawisk lub układów fizycznych, to uzyskane dzięki analizie ich modeli matematycznych zasady pozwalające ustalić czy opisywane zjawisko oraz jego doświadczalna realizacja w sytuacji modelowej mogą być uważane za tożsame. Innymi słowy badamy małą kopię układu (model samolotu w tunelu aerodynamicznym, rozpiętość skrzydeł 1 m), a chcemy wyciągać wnioski na temat zachowania się dużego obiektu (prawdziwy samolot, rozpiętość skrzydeł 120 m). Okazuje się, że pomiędzy takimi układami nie zachodzi prosta zależność polegająca na pomnożeniu wyników pomiarów, np. prędkości gazów razy skala modelu.

Liczba Strouhala – jedna z bezwymiarowych liczb podobieństwa stosowanych w mechanice płynów (hydrodynamice, aerodynamice i reologii). Liczba ta służy do ustalania podobieństwa przepływów niestacjonarnych o charakterze pulsacyjnym: dwa pulsacyjne przepływy niestacjonarne są podobne, jeśli charakteryzują się takimi samymi liczbami Reynoldsa i Strouhala.

Układ Lorenza - przedstawiony przez Edwarda Lorenza w 1963 układ trzech nieliniowych równań różniczkowych modelujący w możliwie najprostszy sposób zjawisko konwekcji termicznej w atmosferze. Dla pewnego zbioru parametrów układ zachowuje się chaotycznie, a wykres zmiennych w przestrzeni fazowej przedstawia dziwny atraktor (tzw. atraktor Lorenza).

Mieszanie – proces jednostkowy, polegający na uzyskaniu jednorodności w środowisku jedno- lub wielofazowym, pod względem stężenia, gęstości, temperatury i innych właściwości mieszaniny. Jest to sposób zwiększenia intensyfikacji procesów wymiany ciepła, wymiany masy oraz przyspieszania reakcji. Celem zoptymalizowania mieszania jest uzyskanie wymaganego stopnia wymieszania w krótkim czasie i przy jak najmniejszym nakładzie energii. Decydującą rolę pełni stan skupienia, zdolność do mieszania maleje z gazów, przez ciecze, do ciał stałych. Urządzenia do mieszania w fazie ciekłej to mieszalniki (mieszadła), ciał sypkich - mieszarki, do cieczy lepkich, stężonych zawiesin, szlamów i past - zagniatarki.

Analiza wymiarowa jest narzędziem powszechnie stosowanym w fizyce, chemii oraz inżynierii (głównie mechanicznej oraz chemicznej), opartym na teorii podobieństwa, stosowanym do wyznaczania warunków podobieństwa dynamicznego poprzez analizę wielkości fizycznych charakteryzujących dane zjawisko.