turbulens

Hvis gass eller væske strømmer uten turbulens, kalles det laminær strømning. Da vil væske- og gasspartikler stort sett bevege seg langs en nesten rett strømlinje som går mer eller mindre parallelt med den grenseflaten væsken beveger seg over.

Hvis gassen eller væsken strømmer med turbulens, kalles det turbulent strømning. I turbulent strømning vil væske- eller gasspartiklenes uordnede bevegelse resulterer i økt friksjon mot grenseflaten, slik at mer energi transporteres til grenseflaten. Dersom væsken eller gassen er i kontakt med en annen væske eller gass, vil turbulent strømning føre til mer blanding av de ulike stoffene. For eksempel kan forurensing i gassform lettere blandes med ulike luftlag ved turbulent strømning. Dette kan anskueliggjøres av røyk som velter ut av en skorstein i sterk vind. Den turbulente transporten fører til at røykpartikler vil fordeles utover nokså hurtig og dermed bidra til økt forurensing. Dersom vinden derimot er veldig svak slik at strømningen er laminær, vil røykpartiklene følge strømningslinjene og bare blandes ved hjelp av saktegående molekylær diffusjon.

Dersom en turbulent væske derimot strømmer over et fast stoff, kan dette føre til for eksempel større erosjon og mer nedbryting av det faste stoffet enn ved laminær strøm.

Når væske strømmer forbi en gjenstand med utstrekning D, skjer overgangen fra laminær til turbulent bevegelse gjerne ved en bestemt verdi av Reynolds' tall. Dette kan illustreres ved strømning i et rør. Dersom en væske med massetetthet ρ og viskositet η strømmer med gjennomsnittsfart v gjennom et rør med diameter D, kan man skrive Reynolds' tall som Re=ρvD/η.

Når Reynolds' tall er mindre enn 2000, vil væskestrømmen ofte være laminær slik at volumstrømmen kan uttrykkes ved Poiseuilles lov. Dersom hastigheten økes, kan man observere en overgang fra laminær til turbulent strømning, og dette inntreffer ved den kritiske hastigheten for verdier av Reynoldstallet mellom 2000 og 4000. I turbulent strømning vil hastighetsprofilen til væskestrømmen være noe tilfeldig fordelt inne i røret, men ofte observeres å være flatere enn ved laminær strøm.

Det er viktig å merke seg at dette kravet om at Reynolds' tall skal være mindre enn 2000 for at man skal ha laminær strøm bare er en retningslinje som gjelder i de fleste, men ikke alle, tilfeller. Det viser seg nemlig at dersom man klarer å gjøre forstyrrelser i væskestrømmen på grunn av risting, bevegelser eller kanter så liten som mulig, vil man ha laminær strøm for mye høyere Reynolds' tall. Forsøk gjort på 1960-tallet med svært lange rør montert i støysikre bomberom viste at det var mulig å ha laminære strømmer ved Reynolds' tall over 100 000. Nyere forsøk har vist at i jetstrømmer av væske som beveger seg i samme retning som tyngdekraften kan man oppnå laminærstrøm ved enda høyere Reynolds' tall. Man vet enda ikke med sikkerhet om det finnes noe øvre Reynolds' tall der laminær strømning kan opptre.

Overgangen fra laminær til turbulent strømning kan oppleves også i vasken. Alt man trenger å gjøre er å først stille inn ventilen på en vannkran slik at vannet strømmer ut med liten hastighet og er gjennomsiktig. Vannet har massetetthet ρ=1000 kg/m³ og viskositet η=0.001 kg/(ms), og vannkranens åpning har diameter D=1 cm. Dersom hastigheten er v=0.01 m/s, så vil Reynoldstallet være Re=(1000 kg/m³) ∙ (0.01 m/s) ∙ (0.01 m) / (0.001 kg/ms) = 100. I dette tilfellet har man laminær strømning. Dersom man gradvis åpner ventilen, vil vannet som strømmer ut ha stadig mer uordnede bevegelser og man kan observere den gradvise overgangen fra laminær til turbulent strømning. Når hastigheten er 1 m/s, vil Reynoldstallet være Re=(1000 kg/m³) ∙ (1 m/s) ∙ (0.01 m) / (0.001 kg/ms) = 10000, og strømningen er turbulent.

• fluidmekanikk
• turbulens i atmosfæren
• turbulens – uro