İçeriğe atla

Dean akışı

Dean akışına ait yanal hız vektörleri. Simetrik iki girdap açıkça gözükmektedir

Dean akışı,[1] eğrisel kanallarda eğrilikten kaynaklanan bir akıştır. Dean akışı, Dean sayısının büyümesi ile etkisini gösterir. Dean sayısı boyutsuz bir sayıdır. İngiliz araştırmacı William Reginald Dean[2] kanal içindeki akış için Dean sayısını:

De=(U*d/ν)*(Dh /(2*R))^0.5

şeklinde tanımlamıştır. Burada U akışkanın hızı, d kanal boyu, ν kinematik viskozite, Dh hidrolik çap, R kanalın eğrilik yarıçapıdır. Hidrolik çap:

Dh=2*h*w/(w+h)

formülü ile hesaplanabilir.Burada w kanal genişliği, h ise kanalın yüksekliğidir. İkincil akış olarak da bilinen Dean akışı, kanaldaki akışkana etki etki eden merkez-kaç kuvvetinden kaynaklanmaktadır. Merkez-kaç kuvvetinin etkisiyle akışkan eğrilik merkezinden dışa doğru hareket eder. Bu hareket sonucunda kanal içerisinde simetrik iki girdap (vorteks) oluşur.

Dean sayısı, Reynolds sayısına ve kanalın geometrik boyutlarına bağlıdır. Düz kanallarda Dean akışı oluşmaz. Dean akışının oluşması için kanalda eğrilik olması gerekir. Reynolds sayının ya da kanalın çapının büyümesi ile Dean sayısı artar. Viskozite artıkça Dean sayısı azalmaktadır. Dean akışında eğrisel kanal içerisinde akışkan üzerine etki eden merkez-kaç kuvveti kanal içerisinde hız farklılığı oluşturur. Böylece akış yönüne dik ve yanal düzlemde ikincil bir akış meydana gelir.

Kaynakça

  1. ^ "Arşivlenmiş kopya". 10 Haziran 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Ocak 2015. 
  2. ^ "Arşivlenmiş kopya". 3 Nisan 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 9 Ocak 2015. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Türbülans</span> Kaotik değişikliklerle karakterize edilen basınç ve akış hareketi

Türbülans veya Çalkantı bir akışkanın hareket hâlindeki düzensizliğidir. Akışkanlar dinamiğinde, türbülans veya türbülanslı akış, basınç ve akış hızında meydana gelen kaotik, stokastik değişimlerle tanımlanan bir akış rejimidir. Akışkanın düzenli katmanlar hâlinde aktığı laminer akışın aksine türbülanslı akışlar düzensiz biçimde karışarak hareket eder. Akışın hangi rejimde olduğu atalet kuvvetlerinin viskozite kuvvetlerine oranını belirten boyutsuz Reynolds sayısı ile tahmin edilebilir. Örneğin, tipik bir boru akışı için Reynolds sayısı yaklaşık 2300'ü aştıktan sonra genellikle akış, türbülanslı rejime geçer. Yüksek Reynolds sayıları türbülanslı rejimin habercisi olarak sayılabilirse de bu geçişin gerçekleştiği Reynolds sayısı birçok faktöre bağlıdır ve farklı problemlerde çok daha yüksek veya düşük bir Reynolds sayısında türbülanslı rejime geçiş olabilir.

<span class="mw-page-title-main">Viskozite</span> bir sıvının fiziksel özelliği

Viskozite, akmazlık veya ağdalık, akışkanlığa karşı direnç. Viskozite, bir akışkanın, yüzey gerilimi altında deforme olmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür. Akışkanın akmaya karşı gösterdiği iç direnç olarak da tanımlanabilir. Viskozitesi yüksek olan sıvılar ağdalı olarak tanımlanırlar.

<span class="mw-page-title-main">Reynolds sayısı</span>

Akışkanlar dinamiği alanında, Reynolds sayısı, farklı durumlarda akışkan akışı desenlerini tahmin etmeye yardımcı olan bir boyutsuz sayıdır ve eylemsizlik kuvvetleri ile viskoz kuvvetler arasındaki oranı ölçer. Düşük Reynolds sayılarında, akışlar genellikle laminer akış tarafından domine edilirken, yüksek Reynolds sayılarında akışlar genellikle türbülanslı olur. Türbülans, akışkanın hız ve yönündeki farklılıklardan kaynaklanır ve bazen bu yönler kesişebilir veya akışın genel yönüne ters hareket edebilir. Bu girdap akımları, akışı karıştırmaya başlar ve bu süreçte enerji tüketir, bu da sıvılarda kavitasyon olasılığını artırır.

<span class="mw-page-title-main">Aerodinamik</span> Fizik terimi ve bilim dalı

Aerodinamik, hareket eden katı kütlelerin havayla etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Aerodinamik sözcüğü Yunancadan gelmiş olup bu bilim dalı havanın hareketi ile ilgilidir. Parçalı olarak katı bir cisim ile irtibata geçmiş olması, havanın hareketi ve uçağın kanadı gibi, buna örnek olarak gösterilebilir. Aerodinamik akışkan dinamiği ve gaz dinamiğinin bir alt dalıdır ve aerodinamiğin birçok bakış açısı, teorisi bu alanlarda ortaktır. Aerodinamik genellikle gaz dinamiği için kullanılır; gaz dinamiğinin aerodinamikten farkı, tüm gazlar için çalışması ve aerodinamik gibi yalnızca hava ile sınırlanmamış olmasıdır.

Prandtl sayısı boyutsuz bir sayıdır. Momentum yayınımının termal yayınıma oranıdır. Sayı, Alman fizikçi Ludwig Prandtl'a ithafen adlandırılmıştır.

Akışkanlar dinamiğinde, sürüklenim bir sıvı içerisinde hareket eden bir cismin hareket yönüne zıt yönde etki eden kuvvet topluluğuna denir. Bu kuvvet iki sıvı yüzeyi arasında veya bir katı ve bir sıvı yüzeyi arasında olabilir. Diğer durdurucu kuvvetler nazaran sürüklenim kuvveti hıza bağlıdır. Bir sıvının akış yönü hizasında bulunan katı bir cisme göre, sürüklenim kuvvetleri sıvının hızını her zaman azaltır.

<span class="mw-page-title-main">Elektroosmotik</span>

Elektro-osmotik akış, mikro-sistemlerdeki kanal içerisine uygulanan elektrik potansiyelinin ve yüzey yüklerinin çözelti içerisindeki iyonlar ile etkileşimlerinin oluşturduğu akış olarak tanımlanır. Elektro-osmotik akışın temelini Coloumb kuvveti oluşturur. Yüzey yüklenmesinden dolayı akışkan içinde yüzeye yakın ve yüzey yüküne zıt yüklü iyonların yoğun bulunduğu bir tabaka oluşur. Bu tabakaya elektriksel çift tabaka denir. Akışkana elektrik alan uygulandığı zaman, elektriksel çift tabakadaki yüklü iyonlar Coloumb kuvvetinin etkisi ile harekete geçer. Böylece elektro-osmotik akış oluşur. Kanal duvarının yüklenmesi çözeltinin pH değeri ve yüzeyin kimyasal yapısı ile ayarlanır. Kılcal kanalın yüzeyinin yüklenmesinden kaynaklanan etkiyi zeta potansiyeli karakterize eder. Yüzeyin yük durumu akış için önemli olduğundan yüzey yükünün sabit tutulması için çözeltinin pH değerinin aynı kalması önemlidir.

Dean sayısı (De), akışkanlar mekaniği alanında, özellikle eğri borular ve kanallarda meydana gelen akış dinamiklerinin incelenmesinde kullanılan bir boyutsuz sayıdır. Bu terim, Britanyalı bilim insanı William Reginald Dean'in adını taşımaktadır. Dean, laminer akış durumunda, düz bir borudaki Poiseuille akışından, çok küçük bir eğrilik içeren bir boruya kadar olan akışın teorik çözümünü bir bozulma yöntemi kullanarak ilk kez sunmuştur. Bu çalışma, eğri borulardaki akış mekaniklerinin anlaşılmasında temel bir adım olarak kabul edilir.

Termodinamik ve akışkanlar mekaniği gibi bilim dallarında kullanım alanı bulan iki çeşit Bejan sayısı (Be) bulunmaktadır. Bu sayılar, Adrian Bejan'ın adını taşımaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Görtler girdapları</span>

Akışkanlar dinamiğinde, Görtler girdapları ya da Görtler vorteksleri, konkav bir duvar boyunca bir sınır tabakası akışında ortaya çıkan ikincil akışlardır. Sınır tabakası, duvarın eğrilik yarıçapına göre inceyse, basınç sınır tabakası boyunca sabit kalır. Ancak, sınır tabakası kalınlığı eğrilik yarıçapına yakınsa, merkezkaç etkisi sınır tabakası boyunca bir basınç değişimi yaratır. Bu durum, sınır tabakasının merkezkaç kararsızlığına ve dolayısıyla Görtler vortekslerinin oluşumuna yol açar.

Akışkanlar dinamiğinde, Graetz sayısı (Gz), bir kanaldaki laminer akışı karakterize eden bir boyutsuz sayıdır. Bu sayı şu şekilde tanımlanır:

Hidrolik çap, DH, akışkan dinamiğinde, dairesel olmayan boru ve kanallardaki akışları ele alırken yaygın olarak kullanılan bir terimdir. Bu terim kullanılarak, birçok hesaplama dairesel bir borudaki gibi yapılabilir. Kesit alanı, boru veya kanal boyunca sabit olduğunda şu şekilde tanımlanır:

<span class="mw-page-title-main">Keulegan-Carpenter sayısı</span>

Akışkanlar dinamiği alanında, Keulegan–Carpenter sayısı, aynı zamanda periyot sayısı olarak da bilinir, salınımlı bir akışkan akışı içinde bulunan künt cisimler üzerindeki sürükleme kuvvetinin atalet kuvvetlerine göre göreli önemini belirten bir boyutsuz niceliktir. Aynı şekilde, durgun bir akışkan içinde salınan cisimler için de geçerlidir. Küçük Keulegan–Carpenter sayılarında atalet kuvvetleri baskınken, büyük sayılarda türbülans nedeniyle sürükleme kuvvetleri önem kazanır.

Akışkanlar mekaniği alanında, kinematik benzerlik, "modeldeki herhangi bir noktadaki hızın, akışın akış çizgisi şeklini koruyarak, prototip akışındaki aynı noktadaki hıza sabit bir ölçek faktörüyle orantılı olması" olarak tanımlanır. Kinematik benzerlik, bir model ile prototip arasındaki benzerlikleri tamamlamak için gerekli olan üç temel koşuldan biridir. Kinematik benzerlik, akışkanın hareketinin benzerliğini ifade eder. Hareketler mesafe ve zaman ile ifade edilebildiğinden, bu durum, uzunlukların ve zaman aralıklarının benzerliğini ima eder. Ölçeklendirilmiş bir modelde kinematik benzerliği sağlamak için, akışkanlar dinamiğindeki boyutsuz sayılar dikkate alınır. Örneğin, modelin ve prototipin Reynolds sayısının eşleşmesi gereklidir. Ayrıca, Womersley sayısı gibi dikkate alınması gereken diğer boyutsuz sayılar da bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Sürükleme katsayısı</span> bir nesnenin hava veya su gibi sıvı bir ortam içinde sürtünmesi ya da direnç göstermesini nicelendirmek için kullanılan boyutsuz miktar

Akışkanlar dinamiği alanında, sürükleme katsayısı, bir nesnenin hava veya su gibi bir akışkan ortamında maruz kaldığı sürükleme veya direnç miktarını belirlemek için kullanılan bir boyutsuz niceliktir. Sürükleme denkleminde kullanılır ve daha düşük bir sürükleme katsayısı, nesnenin daha az aerodinamik veya hidrodinamik sürüklemeye sahip olacağını ifade eder. Sürükleme katsayısı her zaman belirli bir yüzey alanına bağlı olarak değerlendirilir.

Akışkanlar mekaniğinde, Rayleigh sayısı (Ra, Lord Rayleigh'e ithafen) bir akışkan için kaldırma kuvveti ilişkili bir boyutsuz sayıdır. Bu sayı, akışkanın akış rejimini karakterize eder: belirli bir alt aralıkta bir değer laminer akışı belirtirken, daha yüksek bir aralıktaki değer türbülanslı akışı belirtir. Belirli bir kritik değerin altında, akışkan hareketi olmaz ve ısı transferi konveksiyon yerine ısı iletimi ile gerçekleşir. Çoğu mühendislik uygulaması için Rayleigh sayısı büyük olup, yaklaşık 106 ile 108 arasında bir değerdedir.

<span class="mw-page-title-main">Strouhal sayısı</span>

Boyut analizinde, Strouhal sayısı salınımlı akış mekanizmalarını tanımlayan bir boyutsuz sayıdır. Bu parametre, 1878 yılında vorteks saçıntısı oluşturan tellerle ve rüzgarda ses çıkaran tellerle deney yapan Çek fizikçi Vincenc Strouhal'ın adını taşır. Strouhal sayısı, akışkanlar mekaniğinin temel ilkelerinin önemli bir bileşenidir.

Akışkanlar dinamiğinde, Taylor sayısı (Ta), bir akışkanın bir eksen etrafında dönmesine bağlı olarak ortaya çıkan merkezkaç "kuvvetlerin" veya sözde atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere göre önemini karakterize eden bir boyutsuz niceliktir.

<span class="mw-page-title-main">Weber sayısı</span>

Weber sayısı (We), akışkanlar mekaniği alanında farklı iki akışkan arasındaki ara yüzeylerin bulunduğu akışkan akışlarını analiz ederken sıkça kullanılan bir boyutsuz sayıdır ve özellikle yüksek derecede eğilmiş yüzeylere sahip çok fazlı akışlar için oldukça faydalıdır. Bu sayı, Moritz Weber (1871–1951)'in adıyla anılmaktadır. Bu sayı, akışkanın eylemsizliğinin yüzey gerilimine kıyasla göreceli önemini ölçmek için kullanılan bir parametre olarak düşünülebilir. İnce film akışlarının ve damlacık ile kabarcık oluşumlarının analizinde büyük önem taşır.

Womersley sayısı, biyoakışkan mekaniği ve biyoakışkan dinamiği alanlarında kullanılan bir boyutsuz sayıdır. Bu sayı, pulsatil akış frekansının viskoz etkilerle olan ilişkisini boyutsuz bir biçimde ifade eder. John R. Womersley (1907–1958)'in arterlerdeki kan akışı üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle bu adla anılmaktadır. Womersley sayısı, bir deneyin ölçeklendirilmesinde dinamik benzerlik sağlamak açısından önem taşır. Örneğin, deneysel çalışmalarda damar sisteminin ölçeklendirilmesi bu duruma örnek teşkil eder. Ayrıca, Womersley sayısı, giriş etkilerinin ihmal edilip edilemeyeceğini belirlemek için sınır tabakası kalınlığının tespitinde de önemlidir.