İçeriğe atla

Taylor sayısı

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.[1]

1923 yılında Geoffrey Ingram Taylor, bu niceliği akışın kararlılığı üzerine yazdığı makalesinde tanıtmıştır.[2]

Taylor sayısının tipik kullanımı, dönen eşdoğrultulu silindirler veya dönen eşmerkezli küreler arasındaki Couette akışının karakterize edilmesidir. Tekdüze olarak dönmeyen bir sistemde, örneğin dış silindirin sabit ve iç silindirin döndüğü silindirik Couette akışında olduğu gibi, atalet kuvvetleri genellikle bir sistemi kararsızlaştırma eğilimindeyken, viskoz kuvvetler bir sistemi stabilize etme ve perturbasyonları ve türbülansı sönümleme eğilimindedir.

Diğer yandan, bazı durumlarda dönüşün etkisi stabilize edici olabilir. Örneğin, pozitif Rayleigh ayrımcısına (İng. Rayleigh discriminant) sahip silindirik Couette akışında eksenel simetrik kararsızlıklar yoktur. Bir başka örnek ise, düzgün bir şekilde dönen bir su kovasıdır (yani katı cisim dönüşü gerçekleştirir). Bu durumda, akışkan, küçük hareketlerin genel dönme akışına tamamen iki boyutlu perturbasyonlar oluşturma eğiliminde olduğunu belirten Taylor-Proudman teoremine tabidir. Ancak, bu durumda dönüş ve viskozitenin etkileri genellikle Taylor sayısı yerine Ekman sayısı ve Rossby sayısı ile karakterize edilir.

Taylor sayısının çeşitli tanımları mevcuttur ve bunların hepsi eşdeğer değildir, ancak en yaygın olarak şu şekilde ifade edilir:

burada karakteristik açısal hız, R dönme eksenine dik karakteristik doğrusal boyut ve kinematik viskozitedir.

Atalet kararsızlıkları durumunda, örneğin Taylor–Couette akışı gibi, Taylor sayısı matematiksel olarak konveksiyonda viskoz kuvvetlere göre kaldırma kuvvetlerinin gücünü karakterize eden Grashof sayısına benzer. Birincisi ikincisini kritik bir oranla aştığında konvektif kararsızlık başlar. Benzer şekilde, çeşitli sistemler ve geometrilerde, Taylor sayısı kritik bir değeri aştığında, bazen Taylor kararsızlıkları olarak bilinen atalet kararsızlıkları meydana gelir ve bu, Taylor vorteksleri veya hücrelerine yol açabilir.

Taylor–Couette akışı, iki eşmerkezli silindir arasındaki akışkan davranışını tanımlar. Taylor sayısının ders kitabı tanımı şu şekildedir:[3]

burada R1 iç silindirin iç yarıçapı ve R2 dış silindirin dış yarıçapıdır. Kritik Ta yaklaşık olarak 1700'dür.

Kaynakça

  1. ^ Koschmieder, E.L. (1993) Bénard cells and Taylor vortices, sayfa 234, Cambridge University Press
  2. ^ G.I. Taylor (1923) Stability of a Viscous Liquid Contained between Two Rotating Cylinders 18 Aralık 2023 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  3. ^ M. Frank White, Fluid Mechanics, 3rd edition, McGraw-Hill, eq.4.147 at page 239, 0-07-911695-7

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Navier-Stokes denklemleri</span> Akışkanların hareketini tanımlamaya yarayan denklemler dizisi

Navier-Stokes denklemleri, ismini Claude-Louis Navier ve George Gabriel Stokes'tan almış olan, sıvılar ve gazlar gibi akışkanların hareketini tanımlamaya yarayan bir dizi denklemden oluşmaktadır.

<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">Tork</span> bir kuvvetin nesnenin ekseninde, dayanak noktasında ya da çevresinde dönme eğilimi

Tork, kuvvet momenti ya da dönme momenti, bir cismin bir eksen etrafındaki dönme, bükülme veya burulma eğilimini dönme ekseni merkezine indirgeyerek ölçen fiziksel büyüklüktür. Torkun büyüklüğü moment kolu uzunluğuna, uygulanan kuvvete ve moment kolu ile kuvvet vektörü arasındaki açıya bağlıdır.

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

Titreşim bir denge noktası etrafındaki mekanik salınımdır. Bu salınımlar bir sarkaçın hareketi gibi periyodik olabileceği gibi çakıllı bir yolda tekerleğin hareketi gibi rastgele de olabilir.

Grashof sayısı akışkanlar dinamiği ve ısı transferinde kullanılan boyutsuz bir sayıdır. Sık sık doğal taşınımı içeren konularda ortaya çıkar. Adını Alman mühendis Franz Grashof'tan alır.

dikey düz yüzeyler için
borular için
kaba cisimler için
g = yerçekimi ivmesi
β = genleşme katsayısı
Ts = yüzey sıcaklığı
T = ortam sıcaklığı
L = uzunluk
D = çap
ν = kinematik viskozite
<span class="mw-page-title-main">Prandtl sayısı</span>

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

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

Sicim kozmolojisi, ilk kozmolojinin sorularını sicim kuramındaki eşitlikleri uygulayarak çözmeye çalışan yeni bir alandır.Çalışmaların bağlantılı bölgesi brane kozmolojisidir. Bu yaklaşım sicim kuramının şişme kozmolojik modelinden türetilebilir, bu sayede ilk büyük patlama senaryolarına kapı açılmıştır. Fikir, eğimli bir arka planda bozonik sicim özelliği ile bağlantılıdır, düzgün olmayan sigma modeli olarak bilinir. Bu modelin ilk işlemleri beta işlevi olarak gösterilir, modelin sürekli ölçünü bir enerji düzeyinin işlevi olarak nitelendirir, Ricci tensörü ile orantılı olmakla birlikte Ricci akışına da mahal vermiştir. Bu model konformal değişmeze sahip olduğundan mantıklı bir kuantum alan kuramı olarak tutulmalı, beta işlevi ise ardından, hemen sıfır üreten Einstein alan eşitliği olmalıdır. Einstein’ın eşitlikleri bir şekilde yersiz görünse de, bu sonuç kesinlikle iki-boyutlu modelin daha fazla boyutlu fizik üretebileceğini göstermesi açısından dikkat çekicidir. Buradaki ilgi çekici nokta ise sicim kuramı gereksinim olmasa da düz bir arka plandaki tutarlıkla 26 boyut olarak formulize edilebilir. Bu Einstein’ın eşitliklerinin altında yatan fiziğin konformal alan kuramı ile açıklanabileceğine dair ciddi bir ipucudur. Aslında, bu sicim kozmolojisi için şişmeci bir evrene sahip olduğumuza dair bir kanıtımız olduğuna işarettir.Evrenin evriminde, şişme evresinden sonra, bugün gözlemlenen genişleme Firedmann eşitliklerinde tam anlamıyla tanımlanmıştır. İki farklı evre arasında pürüzsüz bir geçiş beklenir. Sicim kozmolojisi, geçişi açıklamakta zorluk çeker. Bu sözlükte zarif çıkış problemi olarak bilinir. Şişmeci kozmoloji skaler alanın varlığının şişmeyi zorladığını ima eder. Sicim kozmolojisinde bu durum dilaton alanına mahal verir.. Bu skaler ifade, düşük enerjilerin efektif kuramı olan skaler alanın bozonik sicimin tanımına girer. Bu eşitlikler Brans-Dicke kuramındakilere benzer. Nicel çözümlenimler boyutların kritik sayısını, (26), dörde düşürmeye çalışır. Genel olarak, Friedmann eşitliklerinden rastgele sayıda boyut elde edilebilir. Başka bir durum ise boyutların kesin sayısı etkili dört boyut kuramı ile çalışarak sıkıştırılmış evrenleri üretir. Sıkıştırılmış boyutlarda skaler alanların oluştuğu Kaluza-Klein kuramı buna bir örnektir. Bu alanlara modili denir.

Dalga vektörü, fizikte dalgayı ifade etmemize yardımcı olan vektördür. Herhangi bir vektör gibi, yöne ve büyüklüğe sahiptir. Büyüklüğü dalga sayısı ve açısal dalga sayısıdır. Yönü ise genellikle dalga yayılımının yönüdür. İzafiyet kuramında, dalga vektörü, aynı zamanda dört vektör olarak tanımlanabilir.

<span class="mw-page-title-main">Dinamo teorisi</span> jeofizik alanında, dünya ya da yıldız gibi bir gök cisminin manyetik alan üretme mekanizmasını açıklamaya çalışan bir kuramdır.

Dinamo kuramı, jeofizik alanında, Dünya ya da yıldız gibi bir gök cisminin manyetik alan üretme mekanizmasını açıklamaya çalışan bir kuramdır. Dinamo kuramı, dönen, taşınım yapan ve elektrik iletkenliği olan akışkanların astronomik zaman ölçeğinde manyetik alan oluşturma sürecini açıklamaktadır. Dünya ve diğer gezegenlerin manyetik alanlarının kaynağının dinamo olduğu düşünülmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Yığılma diski</span> büyük bir merkezi cisim etrafında yörüngesel hareket halinde dağılmış olan malzeme tarafından oluşturulmuş bir yapı

Yığılma diski, büyük bir merkezi cisim etrafında yörüngesel hareket halinde dağılmış olan malzeme tarafından oluşturulmuş bir yapıdır. Bu merkezi cisim sıklıkla bir yıldızdır. Sürtünme kuvveti, dengesiz ışınım, manyetik hidrodinamik etkiler ve diğer kuvvetler, diskteki yörüngede bulunan malzemenin merkezi cisme doğru sarmal bir yapı oluşturmasına yol açan kararsızlıklara neden olur. Kütle çekimi ve sürtünme kuvvetleri malzemeyi sıkıştırarak sıcaklığını yükseltir ve elektromanyetik radyasyon yayılmasına neden olur. Bu radyasyonun frekans aralığı, merkezi cismin kütlesine bağlıdır. Spektrumun X ışını kısmındaki nötron yıldızları ve kara delikler etrafında bulunan genç yıldızlar ve önyıldızların yığılma diskleri, kızılötesinde ışık saçar. Yığılma disklerindeki salınım modlarının incelenmesi diskosismoloji olarak adlandırılır.

<span class="mw-page-title-main">Sabit bir eksen etrafında dönme</span> dönme hareketinin özel bir durumu

Sabit bir eksen etrafında dönme dönme hareketinin özel bir durumudur. Sabit eksen hipotez yönünü değiştirerek bir eksen olasılığını dışlar ve salınım devinim gibi olguları tarif edemez. Euler’in dönme teoremine göre, Aynı zamanda, sabit eksenler boyunca eş zamanlı rotasyon imkânsızdır. Eğer iki rotasyona aynı anda kuvvet uygulanırsa, rotasyonun yeni ekseni oluşur.

Akışkanlar dinamiğinde, Faxén yasası düşük Reynolds sayısı koşulları altında bir kürenin karşılaştığı kuvvetlere, torka, strese ve akışa göre bir kürenin hızı ve açısal hızı ile ilişkilendirir.

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

Radyatif transfer elektromanyetik radyasyon formunda fiziksel bir enerji transferi olayıdır. Radyasyon bir ortam boyunca yayılırken absorbsiyon, emisyon ve saçılma işlemlerinden etkilenir. Işınım Taşınım Denklemi bu etkileşimleri matematiksel olarak tanımlar. Radyatif Transfer Denklemi optik, astrofizik, atmosfer bilimi ve uzaktan algılama gibi çok çeşitli konularda uygulanmaktadır. Radyatif Transfer Denkleminin (RTD) analitik çözümleri basit durumlar için mevcuttur, ancak daha gerçekçi ortamlar için karmaşık çoklu saçılma parametreleri ile sayısal yöntemler gereklidir. Bu makale büyük ölçüde radyasyon dengesinin durumuna odaklanmıştır.

Ekman sayısı (Ek), akışkanlar dinamiğinde, viskoz kuvvetlerin Coriolis kuvvetlerine oranını ifade eden bir boyutsuz sayıdır. Bu sayı, okyanuslar ve atmosferdeki jeofiziksel olayları tanımlamak için kullanılır ve gezegenin dönmesinden kaynaklanan Coriolis kuvvetlerine oranla viskoz kuvvetlerin oranını karakterize eder. İsmi, İsveçli oşinograf Vagn Walfrid Ekman'dan gelmektedir.

<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.

<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 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.

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.