층류 vs. 난류 흐름은 유체가 어떻게 움직이고 있는지, 층류 흐름이 더 매끄럽고 순서대로 흐르고 난류 흐름이 거칠고 혼란 스럽습니다. 층류는 유체 내의 어느 시점에서나 일정한 속도를 가지며, 트래픽의 일정한 흐름과 유사하게 상상해보십시오. 난류 흐름은 혼란스럽고 에디와 월풀을 형성하며 화이트 워터 급속의 흐름과 유사합니다.
이전에 난류 흐름과 층류라는 용어에 대해 들어 보셨습니까? 그들은 물질을 통과 할 때 입자의 운동을 말합니다. 물질 층 사이의 유체 입자의 움직임은 흐름이 층류인지 난류인지를 결정하는 것입니다. 층류 유형이 질량과 열 전달 방식에 영향을 미치기 때문에 층류와 난류 흐름의 구별은 엔지니어링에서 매우 중요합니다.
정확히 두 가지 유형의 흐름의 구별은 무엇입니까? 난류와 층류의 차이점을 자세히 살펴 보겠습니다.
간단히 말해, 층류는 모든 유체 입자가 하나의 부드러운 경로를 따라 흐를 때입니다. 유체의 입자는 서로를 방해하지 않으며 층 사이를 혼합하거나 이동하지 않습니다. 난류 흐름은 유체의 흐름이 불규칙 할 때입니다. 난류 흐름의 입자는 층 사이에서 앞뒤로 움직일 수 있으며, 흐름 같은 흐름 패턴으로 혼합하고 떨어질 수 있습니다.
이것이 바로 층류와 난류 흐름의 기본 차이이지만 이러한 차이가 왜 중요한지 확인하려면 전체 맥락에서 그것들을 보는 것이 중요합니다.
유체의 흐름 계산 - 레이놀즈 번호
유체의 흐름이 층류 또는 난류로 분류되는지 여부를 결정하는 것은 흐름의 레이놀즈 수입니다. 레이놀즈 수는 유체의 흐름이 점성 힘에 대한 관성력의 비율로 정의하는 계산입니다.
레이놀즈 번호의 방정식은 다음과 같습니다.
re =pvd/μ.
P는 유체의 밀도이고, v는 유체의 속도를 나타내고, d는 흐르는 유체를 함유하는 파이프의 직경이며, μ는 점도의 계수입니다. 레이놀즈 수가 2300 미만으로 계산되면 유체의 흐름은 층류로 간주됩니다. 레이놀즈 수가 4000보다 크면 유체의 흐름은 난류로 분류됩니다. 많은 엔지니어링 프로젝트는 난류 또는 층류를 다루지 만 두 단계 사이에 존재하는 중개 단계가 있습니다. 과도기 흐름은 레이놀즈 번호 2300과 4000 사이에 존재하는 흐름으로 분류됩니다.
층류
층류의 주요 특성은 소용돌이 나 교차 전류가없는 간소화 된 흐름입니다. 다양한 반경을 가진 행/실린더로 나뉘어져있는 다른 유체 층을 상상하면 유체 층이 어떤 식 으로든 혼합되지 않습니다. 유체는 간섭이나 교란없이 흐르고 흐름의 경로에는 소용돌이 나 교차 전류가 없습니다.
유체의 층 또는 "튜브"는 교차하거나 교차하지 않더라도 여전히 다른 속도로 흐릅니다. 중앙의 내면의 층은 가장 빠른 유량 속도를 가지며 외부 층은 흐름 속도가 훨씬 느려질 것입니다 (때로는 거의 움직이지 않습니다). 일반적으로 층류가있는 유체의 속도는 매우 낮습니다.
층류에 대한 실제 응용 프로그램에는 튜브를 통해 흐르는 액체가 포함됩니다. 이는 튜브 나 파이프의 치수가 일정하게 유지되기 때문에 결과적으로 유체의 부피는 변화 할 기회가 없습니다. 비행기의 날개 위에 공기의 층류 흐름은 비행기를 설계 할 때 중요한 고려 사항입니다. 비행기의 날개는 종종 공기가 층류로 흐르고 난기류를 최소화하도록 설계되었습니다.
난류 흐름
난류 흐름은 영역을 통한 입자의 혼란스럽고 거친 움직임을 특징으로합니다. 유체 층을 다시 상상하면 다양한 층이 서로 혼합되는 것을 생각할 수 있으며, 다른 층의 경계 사이에 많은 양의 마찰이 존재합니다. 분자는 불규칙한 방식으로 던져지고 월풀과 파도는 흐름 내에서 쉽게 찾을 수 있습니다.
난류 흐름에있는 유체는 그 안에 상당한 양의 운동 에너지를 가지고 있습니다. 이 에너지가 지속되는 한 흐름은 계속 난류이며 불규칙합니다. 에너지가 소진되면 흐름은 층류 상태로 전환됩니다. 난류 유체의 속도는 일반적으로 높고 층류 상태로 전환 될 때 동등합니다.
층류의 예를 쉽게 파악할 수있는 예는 바다에서 발견되는 파도와 전류이며, 서로 충돌하고 혼합됩니다. 물과 많은 유체의 난류 특성은 대류에 의해 구동됩니다. 대류는 공기 자체와 같은 다양한 유체를 혼란스럽게 만듭니다.
난류와 층류 사이의 상호 작용
유체는 난류와 층류 사이를 전환 할 수 있고 자주 전환 할 수 있습니다. 두 가지 다른 종류의 흐름 사이의 전환은 다양한 변수에 의해 영향을받을 수 있습니다.
유체가 흐르는 영역의 변화는 흐르는 유체의 레이놀즈 수에 쉽게 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 탭이 열리고 물이 꺼질 때 파이프의 물이 흐르는 방법에 대해 생각해보십시오. 물이 집의 배관 시스템 내에 있으면 층류 흐름이지만 수도꼭지를 켜고 물이 싱크대로 나오면 싱크의 바닥에 닿는 물이 이제 난류로 흐릅니다.
또 다른 예는 인체에서 발견 된 혈액이 어떻게 흐르는지입니다. 대부분의 조건에서 혈액은 신체의 동맥과 정맥을 통해 층류로 흐릅니다. 그러나 동맥이나 정맥이 차단되거나 심장의 압력과 반대 방향으로 흐르거나 단순히 몸의 곡선 주위에 흐르면 혈류가 난류가됩니다.
유체의 흐름의 변화는 또한 공기를 통과하는 물체와의 상호 작용에 의해 구동 될 수 있으며, 이는 유체 층이 움직일 때 혼합되거나 똑바로 나옵니다. 예를 들어, 비행기의 날개 위로 움직이는 공기는 일반적으로 층류로 흐르지 만 평원을 둘러싼 공기는 아마도 난류가 흐르고있을 것입니다. 비행기 날개의 팁은 종종 팁 소용돌이를 만들어 해당 지역의 공기가 혼란스럽게 흐르기 시작합니다. 이것은 비행기가 공기를 통과 할 때 비행기가 발생했을 때 생성되는 난기류의 한 형태입니다.
.위에서 언급 한 이유로, 층류 및 난류 흐름은 유체 역학의 과학에서 중요한 고려 사항입니다.
