זרימה שכבתית – הבדלי גרסאות

הוסרו 10 בתים ,  לפני 8 שנים
סקריפט החלפות (דוגמת, דוגמה, גאומטרי, ממדי)+קצת ויקיזציה
(סקריפט החלפות (דוגמת, דוגמה, גאומטרי, ממדי)+קצת ויקיזציה)
[[קובץ:Laminar flow.gif|ממוזער|שמאל|במקרה של לוח הנע בזורם, אחת השכבות נעה עם הלוח הנע בעוד שהשכבה הצמודה ללוח נח נותרת סטטית.]]
 
'''זרימה שכבתית''' (נקראת גם '''זרימה למינרית''') מתרחשתהיא תופעה המתרחשת כאשר [[זורם]] נע בשכבות מקבילות ללא הפרעה בין השכבות{{הערה|Batchelor, G. (2000). Introduction to Fluid Mechanics }}. זרימה שכבתית מאופיינת כמשטר זרימה מסודר בו הגיאומטריההגאומטריה בלבד מכתיבה את כיוון הזרימה. במהירויות נמוכות הזורם נע ללא ערבוב בשכבות סמוכות אשר מחליקות אחת ביחס לשניה{{הערה| Geankoplis, Christie John (2003). Transport Processes and Separation Process Principles. Prentice Hall Professional Technical Reference }}. לא קיימות מערבולות בשדה הזרימה או זרמים צולבים המאונכים לכיוון הזרימה. בתחום [[מכניקת הזורמים]], זרימה שכבתית מאופיינת בקצב ערבוב נמוך יחסית לזרימהל[[זרימה טורבולנטית]].
 
==רקע היסטורי==
המדען הבריטי [[אוסבורן ריינולדס]] (1842-1912) היה לראשון שחקר לעומק ועשה אבחנה בין זרימה למינרית לזרימה טורבולנטית, בהמשך ביצע ריינולדס [[אנליזה מימדיתממדית]] שבעקבותיה גילה (1883) [[גודל חסר ממד|גודל חסר מימד]] שלימים יקרא על שמו, [[מספר ריינולדס]].
 
==מספר ריינולדס==
[[מספר ריינולדס]] מוגדר כיחס בין כוחות האינרציה לכוחות הצמיגותה[[צמיגות]] הפועלים על הזורם ומשמש עד עצם היום הזה כפרמטר חשוב אשר בעזרתו נעשית אבחנה בין זרימה למינרית לזרימה טורבולנטית במקרים בהם קיימת מהירות יחסית בין זורם למשטח.
 
מספר ריינולדס מוגדר כך:
:<math> \mbox{Re} = \frac{\textrm{Inertial\ Forces}}{\textrm{Viscous\ Forces}} = {\rho v_{s} L\over \mu} = {v_{s} L\over \nu} = {{QL} \over {\nu}A}</math>
עבור גיאומטריותגאומטריות שונות ישנו ערך גבול למספר ריינולדס אשר תחתיו הזרימה היא למינרית ומעליו טורבולנטית, ערך גבול זה אינו קבוע ותלוי בפרמטרים שונים כמו חספוס המשטח או הפרעות בשדה הזרימה.
 
'''דוגמאדוגמה''' : לרוב עבור זרימה בצינור בעל חתך עגול <math> Re>2000</math> מעיד על זרימה טורבולנטית, למרות זאת בניסוי מבוקר על ידי מאמצים לשמור את הזרימה נטולה מהפרעות ושימוש במשטח חלק מאוד הצליחו לשמור על זרימה למינרית עבור <math> Re=100000</math>{{הערה|שם=מקדונלד|"Fox, Mcdonald, pritchard (2010). "Introduction to Fluid Mechanics }}
 
==זרימה למינרית וזרימה טורבולנטית - השוואה==
[[זורם]] הנע בערוץ סגור כדוגמאתכדוגמת צינור או בין שני לוחות שטוחים ימצא באחד משני משטרי זרימה כתלות במהירות הזרימה (ובעוד פרמטרים, ראה [[מספר ריינולדס]]) : זרימה למינרית או זרימה טורבולנטית. זרימה למינרית מתרחשת במהירויות נמוכות יחסית, כאשר מעלים במידה נדרשת את מהירות הזרימה משטר הזרימה משתנה ו[[זרימה טורבולנטית]] המאופיינת כזרימה כאוטית, בעלת ערבוב יעיל ואשר נוצרות בה מערבולות מופיעה. בשפה לא מדעית, זרימה למינרית מתוארת כזרימה "חלקה" לעומת [[זרימה טורבולנטית]] המתוארת כזרימה "מחוספסת".
 
===ערכים אופיניים עבור מספר ריינולדס למעבר בין זרימה למינרית לטורבולנטית===
==שכבת גבול למינרית==
שכבת גבול היא שכבת זורם בסמוך למשטח כלשהו אשר בה השפעות הצמיגות משמעותיות. שכבת הגבול הינה נושא חשוב מאוד ב[[מכניקת הזורמים]] אך גם בתחומים כגון [[מעבר חום]] או חשמל יש שימוש רב לנושא זה. ידע נרחב בנושא שכבת הגבול קריטי להבנה בנושאים רבים: חישוב והבנת גרר על מטוסים/אוניות/מכוניות, מניעת ניתוקי זרימה, קשיחות מכונות בזרימה ועוד.
 
'''דוגמאדוגמה''': נבחן את הזרימה על כנף מטוס. שכבת הגבול היא יריעה דקה של אויר מעל משטח הכנף. בעקבות צמיגות האויר, שכבת אויר זאת נוטה להיצמד לכנף. עם התקדמות הכנף דרך האויר, שכבת הגבול זורמת בצורה חלקה על משטח הכנף הבנויה בדומה לקו זרם. במקרה זה הזרימה למינרית ושכבת הגבול נקראת שכבת גבול למינרית. בשנת 1904 הציג לודוויג פרנטל את הרעיון של שכבת גבול למינרית הנוצרת על [[תורת הכנף הדקה|כנף דקה]]{{הערה| Anderson, J.D. (1997). A history of aerodynamics and its impact on flying machines. Cambridge U. Press.}}{{הערה| Rogers, D.F. (1992). Laminar flow analysis. Cambridge U. Press.}}.
 
==מקורות==