Fluido Laminar y Turbulento

CARACTERÍSTICAS Y DESARROLLO

En el flujo turbulento las partículas se mueven en trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales.
La turbulencia según la definición de Taylor y von Kármán, puede producirse por el paso del fluido sobre superficies de frontera, o por el flujo de capas de fluido, a diferentes velocidades que se mueven una encima de la otra.
Tipos de turbulencia :
* Turbulencia de pared : generada por efectos viscosos debida a la existencia de paredes.
* Turbulencia libre : producida en la ausencia de pared y generada por el movimiento de capas de fluido a diferentes velocidades.
Diferentes teorías han tratado de explicar el origen y la estructura de la turbulencia. Algunas explican que la turbulencia es debida a la formación de vórtices en la capa límite, como consecuencia de los disturbios que se generan por discontinuidades bruscas existentes en la pared ; mientras que otras teorías atribuyen la turbulencia a la influencia del esfuerzo cortante, cuando se presenta un gradiente de velocidades con discontinuidades bruscas. Sin embargo a pesar de las múltiples investigaciones, los resultados obtenidos sobre el desarrollo de la turbulencia no son totalmente satisfactorios, ya que solo pueden estudiarse experimental y teóricamente como un fenómeno estadístico.

Número de Reynolds
El régimen de flujo depende de tres parámetros físicos que describen las condiciones del flujo. El primer parámetro es una escala de longitud del campo de flujo, como el espesor de una capa límite o el diámetro de una tubería. Si dicha escala de longitud es lo bastantemente grande, una perturbación del flujo podría aumentar y el flujo podría volverse turbulento. El segundo parámetro es una escala de velocidad tal como un promedio espacial de la velocidad ; si la velocidad es lo bastante grande el flujo podría ser turbulento. El tercer parámetro es la viscosidad cinemática ; si la viscosidad es lo bastante pequeña, el flujo puede ser turbulento.
Estos tres parámetros se combinan en un solo parámetro conocido como el número de Reynolds ( R ) , con el cual se puede predecir el régimen de flujo, si R > 4000 el flujo será turbulento.
Cuando el flujo entra en régimen turbulento, se puede presentar el caso de que el conducto sea liso o el caso de que el conducto sea rugoso.
Tubos lisos :
Se presentan tres subcapas :
• Subcapa viscosa : el movimiento es primariamente viscoso, aunque no es estrictamente laminar y la velocidad varía linealmente. Esta subcapa es muy difícil de observar bajo condiciones experimentales. Sin embargo su importancia es decisiva para la determinación de las fuerzas de arrastre.
• Capa de transición : el flujo es turbulento, pero la viscosidad todavía ejerce su influencia.
• Zona de turbulencia : se aplica la teoría de longitud de mezcla de Prandtl, asumiendo que el flujo turbulento en una tubería está fuertemente influenciado por el fenómeno del flujo cercano a la pared.
Factor de fricción para tubos lisos : donde los efectos de viscosidad predominan y el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds.
Tubos rugosos :
Se presentan dos casos, según que el tamaño de la rugosidad sea o no mayor que el espesor de las subcapas viscosas y de transición.
Factor de fricción para tubos rugosos :
¨ Si el tamaño de la rugosidad es mayor que el espesor de las subcapas viscosa y de transición : la viscosidad no tendrá ningún efecto apreciable sobre el factor de fricción , y este solo dependerá de la rugosidad relativa.
¨ Si el tamaño de la rugosidad es menor que el espesor de las subcapas viscosa y de transición : se presenta el régimen de transición entre el movimiento turbulento liso y turbulento rugoso, donde el factor de fricción depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.
TURBULENCIA ATMOSFÉRICA
La turbulencia atmosférica puede considerarse como la fluctuación al azar sobrepuesta a los valores medios de una magnitud termodinámica medida en la atmósfera, como se puede apreciar en la primera figura.

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