¿Cuál es la diferencia entre el flujo inestable o no constante de un fluido y el flujo turbulento de un fluido?


Respuesta 1:

Gran pregunta La descripción a continuación es una explicación ciertamente simplificada de un tema extremadamente complejo e intrincado; y uno que es bastante gratificante para estudiar con más profundidad.

Cuando se habla de tipos de flujos, los dinámicos de fluidos comúnmente se refieren a los regímenes de flujo. Uno puede pensar en un régimen de flujo como un tipo de flujo que es universal, que comparte atributos generales y descripciones matemáticas en todas las realizaciones específicas. Los dos regímenes de flujo más comunes son el flujo laminar y el flujo turbulento. En términos generales, los flujos laminares parecen estables y suaves, mientras que los flujos turbulentos parecen inestables, giratorios y no periódicos.

Algunas de las primeras investigaciones científicas sobre las diferencias y las causas de estos dos tipos de flujos fueron dirigidas por Osborne Reynolds a fines de 1800, que culminó con su tratado sobre el tema, "Sobre la teoría dinámica de fluidos viscosos incompresibles y la determinación del criterio ".

De sus estudios, y de estudios anteriores de George Stokes, llegó la definición de un número adimensional que se ha correlacionado con mucho éxito con respecto a si un flujo es laminar o turbulento, y el número de Reynolds expresa la relación de resistencia inercial a resistencia viscosa para un fluido fluido .

A través de estos estudios y otros a continuación, quedó bien establecido que los flujos definidos en parte por los # bajos de Reynolds exhibían flujo laminar, mientras que los flujos definidos por los # altos de Reynolds exhibían un comportamiento turbulento. Un ejemplo de esta dependencia se puede ver en la figura a continuación para el flujo más allá de un cilindro bidimensional.

a través de Phyiscs.info

Antes de entrar en lo que sucede en esa área gris entre los flujos laminar y turbulento, comúnmente conocida como la transición laminar-turbulenta, debemos definir formalmente "flujo inestable". El flujo inestable es cualquier flujo que exhibe una dependencia del tiempo. Hablando matemáticamente, los flujos inestables son aquellos en los que la derivada parcial del campo de velocidad con respecto al tiempo en las ecuaciones de Navier-Stokes que se muestran a continuación no es igual a cero:

Para flujos laminares, esta derivada es igual a cero y el flujo es constante.

Para cualquier ejemplo de flujo particular, la transición del flujo laminar al turbulento puede ocurrir en una amplia gama de números de Reynolds, pero nos quedaremos con el ejemplo del cilindro bidimensional por conveniencia. En los números de Reynolds entre 100 y 1000, comenzamos a ver cambios en el comportamiento del flujo. Primero, el flujo se separa del cilindro creando remolinos de recirculación en el lado aguas abajo del cilindro. A medida que el número de Reynolds continúa aumentando, estos remolinos se desprenden y forman una condición de flujo periódico conocida como la calle vórtice von Karman, que se visualiza a continuación.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Como puede ver el lector, este flujo es obviamente inestable, ya que es periódico en el tiempo, pero tampoco es turbulento. Tal flujo periódico es un paso a menudo visto en la transición del flujo laminar al turbulento, un proceso extraordinariamente complicado que actualmente no se comprende completamente. Lo que es obvio es que los flujos de transición comparten etapas características, como se describe aquí, y son probablemente el resultado de la inestabilidad de las ecuaciones de Navier-Stokes y su comportamiento como un sistema dinámico caótico, no lineal. Incluso se sabe que los sistemas dinámicos simples experimentan transiciones de comportamiento constante a inestable, que recuerda notablemente el comportamiento de transición del flujo de fluido real, siendo el trabajo de David Ruelle y Floris Takens el esfuerzo más famoso en una descripción matemática de la ruta caótica hacia turbulencia.


Respuesta 2:

Considere un ejemplo: Flujo en una tubería circular. Observemos la componente x de la velocidad (u) en el punto P (digamos)

El flujo inestable (como su propio nombre sugiere) es el flujo cuyas propiedades varían con el tiempo. Y el flujo constante es el flujo cuyas propiedades no cambian con el tiempo.

el flujo laminar puede ser constante (Fig. A) o inestable (Fig. B)

Estrictamente hablando, el flujo turbulento siempre es inherentemente inestable (Fig. C) ya que involucra variaciones rápidas irregulares aleatorias de las propiedades del flujo de fluido w.r.t tiempo, debido a las fuerzas perturbadoras inerciales.

Sin embargo, los flujos turbulentos pueden, sin embargo, tratarse como flujo turbulento estadísticamente constante (solo en sentido estadístico, que las características de flujo medio no varían con el tiempo) y flujo turbulento estadísticamente inestable (las características de flujo medio varían con el tiempo), vea la figura a continuación. Aunque el flujo turbulento es inherentemente aleatorio e inestable, el flujo medio puede ser constante o inestable.

En conclusión, el flujo turbulento es un flujo inherentemente inestable, sin embargo, en sentido estadístico, puede tratarse de manera constante o inestable.

¡¡¡Espero que esto ayude!!!


Respuesta 3:

Considere un ejemplo: Flujo en una tubería circular. Observemos la componente x de la velocidad (u) en el punto P (digamos)

El flujo inestable (como su propio nombre sugiere) es el flujo cuyas propiedades varían con el tiempo. Y el flujo constante es el flujo cuyas propiedades no cambian con el tiempo.

el flujo laminar puede ser constante (Fig. A) o inestable (Fig. B)

Estrictamente hablando, el flujo turbulento siempre es inherentemente inestable (Fig. C) ya que involucra variaciones rápidas irregulares aleatorias de las propiedades del flujo de fluido w.r.t tiempo, debido a las fuerzas perturbadoras inerciales.

Sin embargo, los flujos turbulentos pueden, sin embargo, tratarse como flujo turbulento estadísticamente constante (solo en sentido estadístico, que las características de flujo medio no varían con el tiempo) y flujo turbulento estadísticamente inestable (las características de flujo medio varían con el tiempo), vea la figura a continuación. Aunque el flujo turbulento es inherentemente aleatorio e inestable, el flujo medio puede ser constante o inestable.

En conclusión, el flujo turbulento es un flujo inherentemente inestable, sin embargo, en sentido estadístico, puede tratarse de manera constante o inestable.

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Respuesta 4:

Considere un ejemplo: Flujo en una tubería circular. Observemos la componente x de la velocidad (u) en el punto P (digamos)

El flujo inestable (como su propio nombre sugiere) es el flujo cuyas propiedades varían con el tiempo. Y el flujo constante es el flujo cuyas propiedades no cambian con el tiempo.

el flujo laminar puede ser constante (Fig. A) o inestable (Fig. B)

Estrictamente hablando, el flujo turbulento siempre es inherentemente inestable (Fig. C) ya que involucra variaciones rápidas irregulares aleatorias de las propiedades del flujo de fluido w.r.t tiempo, debido a las fuerzas perturbadoras inerciales.

Sin embargo, los flujos turbulentos pueden, sin embargo, tratarse como flujo turbulento estadísticamente constante (solo en sentido estadístico, que las características de flujo medio no varían con el tiempo) y flujo turbulento estadísticamente inestable (las características de flujo medio varían con el tiempo), vea la figura a continuación. Aunque el flujo turbulento es inherentemente aleatorio e inestable, el flujo medio puede ser constante o inestable.

En conclusión, el flujo turbulento es un flujo inherentemente inestable, sin embargo, en sentido estadístico, puede tratarse de manera constante o inestable.

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