آشفتگی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
جریان آشفته در مقابل یک مانع

در دینامیک سیالات، تلاطم،[۱] آشفتگی یا جریان آشفته به نوعی رژیم جریان اطلاق می‌شود که مشخصه‌ی آن تغییرات تصادفی و آشوبناک خصوصیات سیال است. با این وجود اغلب ادعا می‌شود که تعریف دقیقی برای آشفتگی وجود ندارد[۲]، و بسیاری از محققان از تعاریف ارائه شده در گذشته استفاده می‌کنند. یکی از بهترین تعاریف توسط تئودوره فون کارمن ارائه شده است: آشفتگی حرکت نامنظمی است که عموماً زمانی که سیالات از روی سطوح جامد عبور می‌کنند و یا حتی هنگامی که جریان‌هایی از یک نوع سیال در مجاورت هم قرار گرفته و یا از روی یکدیگر عبور می‌کنند، دیده می‌شود[۳]. برای بدست آوردن این مقدار از واحدی به نام عدد رینولدز که پارامتری بدون بعد است استفاده می‌شود.

بیان توضیحی نظری برای آشفتگی یکی از قدیمی ترین مسائل حل نشده ی فیزیک است.[۴] ریچارد فاینمن از این مسئله به عنوان مهم ترین مسئله حل نشده فیزیک کلاسیک یاد کرده است.[۵]

یکی از تفاوت‌های جریان‌های آشفته با آرام در نوع حرکت ذرات است که هرچه آشفتگی بیشتر باشد حرکت ذرات بی‌نظم‌تر خواهد بود. این تفاوت اولین بار توسط ازبورن رینولز و از طریق پرتاب جوهر با سرعت‌های متفاوت در یک محفظه آب انجام شد و نتیجه حاکی از آن بود که هرچه سرعت جوهر بیشتر باشد حرکت جوهر در آب شکل بی‌نظم‌تری می‌گیرد.[۶]

وجود آشفتگی با عدد بی‌بعد رینولدز تعیین می‌شود:[۷]

 \mathrm{Re} = {{\rho {\bold \mathrm V} D} \over {\mu}} = {{{\bold \mathrm V} D} \over {\nu}} = {{{\bold \mathrm Q} D} \over {\nu}A}

که در آن:

مشخصه ها[ویرایش]

آشکارترین مشخصه های آشفتگی عبارتند از [۸]:

  • آشفتگی یک پدیده ناپایدار و نامنظم است. وسعت این بی نظمی چنان زیاد است که به هر اندازه هم که سعی در تکرار شرایط مرزی برای یک جریان مورد نظر شود باز هم جزییات جریان هرگز تکرار نخواهند شد.
  • آشفتگی داری طیف گسترده ای از گردابه های با اندازه های متفاوت است و این مقیاس های مختلف همزمان با هم در یک جریان آشفته وجود دارند.
  • آشفتگی در عددهای رینولدز بالا اتفاق می افتد زیرا با افزایش عددهای رینولدز تمایل به ناپایداری افزایش می یابد.
  • آشفتگی باعث اتلاف انرژی می شود. در فرآیند آبشار انرژی، انرژی از مقیاس های بزرگ به مقیاس های کوچک منتفل می شود و در مقیاسهای کوچک این انرژی از طریق گرانروی از بین میرود. از طریق همین مکانیزم آبشار انرژی است که جریان های آشفته به سرعت انرژی خود را از دست می دهند. بنابراین این جریان ها برای حفظ آشفتگی همیشه نیاز مستمر به یک نیروی محرکه خارجی دارند.
  • آشفتگی یک پدیده پیوسته است. این بدان معناست که کوچکترین مقیاس آشفتگی از متوسط اندازه پایش مولکولی خیلی بزرگتر است.
  • آشفتگی یک پدیده سه بعدی و دورانی است و زمانی اتفاق می افتد که جریان دارای نوسانات نامنظم و ناپایدار سه بعدی باشد.
  • آشفتگی دارای خاصیت پخش شوندگی بسیار قوی است که توسط گردابه های صورت می گیرد.
  • مقیاس های بزرگ آشفتگی در عددهای رینولدز بالا تحت تاثیر گرانروی نیستند. اما اندازه کوچکترین مقیاس ها توسط گرانروی تعیین می شود.
  • آشفتگی یکی از مشخصه های جریان است (نه سیال).

چاله هوایی[ویرایش]

چاله هوایی یا توربولانس به جریان هوای قوی به سمت پایین در هنگام پرواز هواپیما می‌گویند. هنگامی که هواپیما با چاله هوایی برخورد کند دچار تکانهای شدید می‌شود از این رو اصطلاحا آن را چاله هوایی گویند.

جستارهای وابسته[ویرایش]

منایع[ویرایش]

  1. تلاطم [علوم جَوّ] هم‌ارزِ turbulence؛ منبع: گروه واژه‌گزینی و زیر نظر حسن حبیبی، دفتر سوم، فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان، تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی، شابک ‎۹۶۴-۷۵۳۱-۵۰-۸ 
  2. A. Tsinober. An Informal Introduction to Turbulence. . Kluwer Academic Publishers، 2001. 
  3. T. von K´arm´an. Some remarks on the statistical theory of turbulence. . Proc.5th Int. Congr. Appl. Mech., Cambridge, MA، 1938. 
  4. http://math.ucr.edu/home/baez/physics/General/open_questions.html
  5. http://www.usatoday.com/tech/science/columnist/vergano/2006-09-10-turbulence_x.htm
  6. مکانیک سیالات نوشته اروین شیمز ترجمه علیرضا انتظاری نشر نورپردازان صفحه ۳۱۳
  7. فیزیک پایه جلد دو، سیالات حرارت و امواج نوشته فرانک جی بلت ترجمه محمد خرمی انتشارت فاطمی صفحه ۳۵۷
  8. فیزیک جریان های آشفته نوشته بیژن فرهانیه، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف، ۱۳۸۸، شابک: ۹-۰۰۶-۲۰۸-۹۶۴-۹۷۸
  • Falkovich, Gregory and Sreenivasan, Katepalli R. Lessons from hydrodynamic turbulence, Physics Today, vol. 59, no. 4, pages 43-49 (April 2006).[۱]
  • U. Frisch. Turbulence: The Legacy of A. N. Kolmogorov. Cambridge University Press, 1995.[۲]
  • T. Bohr, M.H. Jensen, G. Paladin and A.Vulpiani. Dynamical Systems Approach to Turbulence, Cambridge University Press, 1998.[۳]

پیوند به بیرون[ویرایش]