Qual é a diferença entre fluxo instável ou não estável de um fluido e fluxo turbulento de um fluido?


resposta 1:

Ótima pergunta. A descrição abaixo é uma explicação admitidamente simplificada de um assunto extremamente complexo e intricado; e um que é bastante gratificante estudar com mais profundidade.

Quando se fala em tipos de fluxos, dinamistas fluidos geralmente se referem a regimes de fluxo. Pode-se pensar em um regime de fluxo como um tipo de fluxo universal, compartilhando atributos gerais e descrições matemáticas em todas as modalidades específicas. Os dois regimes de fluxo mais comuns são fluxo laminar e fluxo turbulento. De um modo geral, os fluxos laminares parecem estáveis ​​e suaves, enquanto os fluxos turbulentos parecem instáveis, agitados e não periódicos.

Algumas das primeiras investigações científicas das diferenças e causas desses dois tipos de fluxos foram lideradas por Osborne Reynolds no final dos anos 1800, culminando em seu tratado sobre o assunto: "Sobre a teoria dinâmica de fluidos viscosos incompressíveis e a determinação do critério ".

De seus estudos e estudos anteriores de George Stokes, veio a definição de um número adimensional que foi correlacionado com muito sucesso se um fluxo é laminar ou turbulento, o número de Reynolds expressando a proporção de resistência inercial à resistência viscosa de um fluido que flui .

Através desses estudos e de outros a seguir, ficou bem estabelecido que os fluxos definidos em parte pelos números baixos de Reynolds exibiam fluxo laminar, enquanto os fluxos definidos pelo número alto de Reynolds exibiam comportamento turbulento. Um exemplo dessa dependência pode ser visto na figura abaixo para o fluxo passado por um cilindro bidimensional.

via Phyiscs.info

Antes de entrarmos no que acontece nessa área cinzenta entre fluxos laminar e turbulento, comumente chamada de transição laminar-turbulento, devemos definir formalmente "fluxo instável". Fluxo instável é qualquer fluxo que exibe uma dependência de tempo. Falando matematicamente, fluxos instáveis ​​são aqueles em que a derivada parcial do campo de velocidade em relação ao tempo nas equações de Navier-Stokes mostradas abaixo não é igual a zero:

Para fluxos laminares, essa derivada é igual a zero e o fluxo é constante.

Para qualquer exemplo de fluxo específico, a transição do fluxo laminar para turbulento pode ocorrer em uma ampla gama de números de Reynolds, mas seguiremos o exemplo do cilindro bidimensional por conveniência. Nos # de Reynolds entre 100 e 1000, começamos a ver mudanças no comportamento do fluxo. Primeiro, o fluxo se separa do cilindro, criando redemoinhos recirculantes no lado a jusante do cilindro. À medida que o número de Reynolds continua a aumentar, esses redemoinhos se separam e formam uma condição de fluxo periódica conhecida como rua vórtice von Karman, visualizada abaixo.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Como o leitor pode ver, esse fluxo é obviamente instável, pois é periódico no tempo, mas também não é turbulento. Esse fluxo periódico é um passo frequentemente visto na transição do fluxo laminar para o turbulento, um processo extraordinariamente complicado que atualmente não é totalmente compreendido. O que é óbvio, é que os fluxos de transição compartilham estágios característicos, como descrito aqui, e são provavelmente o resultado da instabilidade das equações de Navier-Stokes e seu comportamento como um sistema dinâmico caótico, não linear. Sabe-se que mesmo sistemas dinâmicos simples passam por transições de comportamento estável para instável, lembrando notavelmente o comportamento de transição real do fluxo de fluido, com o trabalho de David Ruelle e Floris Takens sendo o esforço mais famoso em uma descrição matemática da rota caótica para turbulência.


resposta 2:

Considere um exemplo: Fluxo em um tubo circular. Vamos monitorar o componente x da velocidade (u) no ponto P (digamos)

Fluxo instável (como o próprio nome sugere) é o fluxo cujas propriedades variam com o tempo. E o fluxo constante é o fluxo cujas propriedades não mudam com o tempo.

o fluxo laminar pode ser estável (Fig A) ou instável (Fig B)

A rigor, o fluxo turbulento é sempre inerentemente instável (Fig. C), uma vez que envolve variações rápidas irregulares e aleatórias das propriedades do fluxo de fluido durante o tempo, devido a forças perturbadoras inerciais.

Porém, fluxos turbulentos podem, no entanto, ser tratados como fluxo turbulento estatisticamente estável (apenas no sentido estatístico, que os recursos médios do fluxo não variam ao longo do tempo) e fluxo turbulento estatisticamente instável (recursos médios do fluxo variam ao longo do tempo), consulte a figura Embora o fluxo turbulento seja inerentemente aleatório e instável, o fluxo médio pode ser constante ou instável.

Em conclusão, o fluxo turbulento é inerentemente instável, no entanto, no sentido estatístico, pode ser tratado de forma constante ou instável.

Espero que isto ajude!!!


resposta 3:

Considere um exemplo: Fluxo em um tubo circular. Vamos monitorar o componente x da velocidade (u) no ponto P (digamos)

Fluxo instável (como o próprio nome sugere) é o fluxo cujas propriedades variam com o tempo. E o fluxo constante é o fluxo cujas propriedades não mudam com o tempo.

o fluxo laminar pode ser estável (Fig A) ou instável (Fig B)

A rigor, o fluxo turbulento é sempre inerentemente instável (Fig. C), uma vez que envolve variações rápidas irregulares e aleatórias das propriedades do fluxo de fluido durante o tempo, devido a forças perturbadoras inerciais.

Porém, fluxos turbulentos podem, no entanto, ser tratados como fluxo turbulento estatisticamente estável (apenas no sentido estatístico, que os recursos médios do fluxo não variam ao longo do tempo) e fluxo turbulento estatisticamente instável (recursos médios do fluxo variam ao longo do tempo), consulte a figura Embora o fluxo turbulento seja inerentemente aleatório e instável, o fluxo médio pode ser constante ou instável.

Em conclusão, o fluxo turbulento é inerentemente instável, no entanto, no sentido estatístico, pode ser tratado de forma constante ou instável.

Espero que isto ajude!!!


resposta 4:

Considere um exemplo: Fluxo em um tubo circular. Vamos monitorar o componente x da velocidade (u) no ponto P (digamos)

Fluxo instável (como o próprio nome sugere) é o fluxo cujas propriedades variam com o tempo. E o fluxo constante é o fluxo cujas propriedades não mudam com o tempo.

o fluxo laminar pode ser estável (Fig A) ou instável (Fig B)

A rigor, o fluxo turbulento é sempre inerentemente instável (Fig. C), uma vez que envolve variações rápidas irregulares e aleatórias das propriedades do fluxo de fluido durante o tempo, devido a forças perturbadoras inerciais.

Porém, fluxos turbulentos podem, no entanto, ser tratados como fluxo turbulento estatisticamente estável (apenas no sentido estatístico, que os recursos médios do fluxo não variam ao longo do tempo) e fluxo turbulento estatisticamente instável (recursos médios do fluxo variam ao longo do tempo), consulte a figura Embora o fluxo turbulento seja inerentemente aleatório e instável, o fluxo médio pode ser constante ou instável.

Em conclusão, o fluxo turbulento é inerentemente instável, no entanto, no sentido estatístico, pode ser tratado de forma constante ou instável.

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