Come riconoscere un flusso turbolento o laminare
Introduzione
La meccanica dei fluidi rientra in quella branca della fisica che si occupa dello studio dei liquidi e dei gas, sia in condizioni statiche che in condizioni dinamiche. Nel caso in cui un fluido sia fermo, ovviamente parleremo di condizione di staticità. Se invece un fluido si muove, in questo caso parleremo di un flusso. Precisamente, possiamo affermare che i flussi di liquido o di gas sono costituiti da particelle del materiale che lo compone, e possono scorrere in differenti maniere. Vediamo allora come riconoscere un flusso turbolento o laminare.
Considerare il tipo di flusso è la velocità
Naturalmente il tipo di flusso, sia laminare che turbolento, dipende prevalentemente dal tipo di fluido che si ha di fronte, nonché dalla sua velocità e dalla geometria del problema che si andrà ad analizzare. Ad esempio, per quanto riguarda un flusso in un condotto, questa geometria è proprio rappresentata dalla forma del tubo stesso. Per valutare il genere di flusso, è necessario fare riferimento al numero di Reynolds, che rappresenta un valore adimensionale, il quale tiene in considerazione dell'importanza degli effetti inerziali rispetto a quelli viscosi.
Calcolare il numero di Reynolds
Il numero di Reynolds, che semplicemente indicheremo con Re, corrisponde alla seguente formula: pVD/u, in cui p si riferisce alla densità del fluido, mentre V è la velocità dello stesso, D costituisce il diametro del condotto o comunque una dimensione caratteristica del problema. Infine, u è la viscosità che è una caratteristica del fluido. Vi ricordiamo, tra l'altro, che V=Q/A, dove Q è la portata volumetrica, mentre A rappresenta l'area della sezione attraverso cui circola il fluido. Una volta che viene calcolato il numero di Reynolds, è necessario metterlo a confronto con dei valori noti. Infatti nel caso di condotti, se il numero di Reynolds è pari a 4000, allora si può stabilire che il flusso è turbolento. Per i casi intermedi, invece, il flusso presenta un comportamento transitorio.
Distinguere i vari tipi di flusso
Sapere fare distinzione tra i vari tipi di flusso è molto importante, dal momento che questo determinerà il modo in cui verranno trattati i dati nel problema da risolvere. Un flusso laminare verrà risolto in maniera del tutto diversa rispetto ad uno turbolento, e non potrebbe essere diversamente. Ad esempio, nel caso laminare, il fattore d'attrito dipende esclusivamente dal numero di Reynolds, mentre se siamo presenti di fronte ad un flusso turbolento, il tutto sarà prettamente correlato sia a questo numero che alla rugosità relativa. Anche i numeri critici, per il confronto, sono abbastanza orientativi. Infatti si può avere il caso in cui si può ottenere un flusso laminare anche con dei numeri di Reynolds molto maggiori di 4000.