Turbulenssi
Wikipedia
Turbulenssin määritelmä ei ole yksikäsitteinen. Yleensä tarkoitetaan virtauksen nopeita muutoksia ajan suhteen eli heilahduksia. Heilahdukset ovat kolmiulotteisia ja lisäävät aineen sisäistä sekoittumista, jolloin mm. lämmönsiirto ja pitoisuuksien tasaantuminen tehostuvat huomattavasti, esim. kymmenkertaiseksi. Jos heilahduksia ei ole, niin virtaviivat (esim. pölyhiukkasten radat) eivät risteä, ja sanotaan että virtaus on laminaarinen.
Laminaari virtaus muuttuu turbulentiksi, kun aineen sisäiset viskoosit voimat eivät jaksa pitää heilahduksia kurissa. Siirtymä-aluetta sanotaan transitio-alueeksi. Transitioreunan paikka on hankala laskea ja voi liikkua. Koska reuna vaikuttaa turbulentin alan suuruuteen, niin esim. lämmönsiirtotehon laskenta on joskus epätarkkaa. Viskoosien ja hitausvoimien suhde on nimeltään Reynoldsin luku (Re). Kehittynyt putkivirtaus muuttuu turbulentiksi kun Re > 2300. Tasovirtaukselle raja on n. 500 000.
Turbulenssi ei ole sama kuin pyörre. Esim. tuulessa talon nurkan takana voi olla paikoillaan pysyvä vakaa pyörre, jossa ei ole turbulenssia. Turbulenssi ei ole myöskään sama asia kuin Karmannin pyörrerata (Re 50..200), joka näkyy pyörteiden irtoamisessa esim. savupiipun takaa vuorotellen eri puolilta. Pyörre on normaalia kaareutuvaa virtausta, ja se voi olla joko laminaarinen tai turbulentti.
[muokkaa] Tutkimus
Turbulenssi vaikuttaa nopeusprofiilien tasoittumiseen kuten kasvanut viskositeetti, siksi turbulenssin mallinnus perustuu useimmiten tähän ns. Boussinesqin approksimaatioon. Yleisimmät tähän perustuvat mallinnustavat ovat k-ε ja k-ω. Muita tapoja on mm. Large-Eddy Simulation (LES) ja Direct Numerical Simulation (DNS), jossa laskenta tehdään niin tiheässä hilassa, ettei turbulenssia tarvitse mallintaa.
[muokkaa] Soveltaminen
Luonto ja ihmiset hyödyntävät turbulenssia monin tavoin. Turbulenssin lisääntymisen ansiosta veri siirtää lämpöä tehokkaasti, kun pulssi nousee. Lentokoneen siivissä siiven yläpuolinen virtaus pyritään saamaan turbulentiksi, jolloin virtaus pysyy paremmin kiinni suuremman energian ansiosta, eikä kone sakkaa niin helposti.
Suuremman mittakaavan turbulenssia kutsutaan kansanomaisesti ilmakuopiksi.
