Kontentga o‘tish
BUFANSTREAM
Физика

Турбулентлк ҳақида малумот

Турбулентлк - суюқлик ва газларнинг кўп оқимларда кузатиладиган ҳамда, бу оқимларда турли ўлчамли кўплаб уюрмалар ҳосил бўлишидан иборат ҳодиса. Бу ҳодиса туфайли гидродинамик ва термодинамик характеристикалар (тезлик, босим, ҳарорат, зичлик) тартибсиз флуктуатсиялар таъсирида бўлади ҳамда, шунинг учун фазода ва вақт давомида тартибсиз ўзгаради.

Турбулентлик кузатиладиган суюқлик оқимига турбулент оқим дейилади. Бундай оқимда суюқлик ва газнинг зарралари тартибланмаган, турғунлашмаган ҳаракатлар қилади. Ҳамда бу ҳол уларнинг интенсив жадал аралашувига олиб келади.

Бу жиҳатдан турбулент оқимлар тартибли характерга эга бўлган ва фақат таъсир қилувчи кучларнинг ўзгаришидангина вақт ўтиши билан ўзгарадиган ламинар оқимлардан фарқ қилади. Ламинар оқимда суюқлик ёки газ зарралари бир-бири билан аралашмайдиган қатламлар тарзида қатъий битта йўналишда кўчади.

Жадал тартибсиз аралашув туфайли турбулент оқимлар юқори иссиқлик узатиш, кимёвий реаксияларни (масалан ёнишни) тез тарқатиш, товуш ва электромагнит тўлқинларни сочиш, шунингдек импулсни узатиш ва шу сабабли қаттиқ жисмларни айланиб оқаётганда уларга юқори куч билан таъсири кўрсатиш хусусиятларига эгадир. Бунда турбулент оқимларда ҳаракатланувчи жисмлар анчагина катта қаршиликка учраши сабабли, каттагина энергия йўқотади.

Турбулентлик муайян шароитларда ламинар оқимларнинг гидродинамик беқарорлиги қибатида юзага келади. Инертсия кучларининг ёпишқоқлик кучларига нисбати - инглиз физиги О.Рейнолдс (1842-1912) шарафига Рейнолдс сони (Ре) деб аталадиган катталик муайян аниқ шароитлар учун таалуқли бўлган бирор чегаравий қийматдан ортиқ бўлса, ламинар оқим турғунлигини йўқотади ва у турбулент оқим бўлиб қолади.

Қувурлар, каналлар, чегара қатламлардаги суюқлик ва газ қамраб оқаётган қаттиқ жисмлар яқинидаги турбулент оқимлар ҳамда эркин турбулент оқимлар - суюқлик ва газга нисбатан ҳаракат қилаётган қаттиқ жисм излари ва тезликлари ҳар хил бўлган, бирор қаттиқ девор билан бўлинмаган оқимлар ораидаги аралашув ҳудудлари ва бошқалар, шунингдек, атмосферанинг турбулентлиги ҳодисаси батафсилроқ ўрганилган.

Кўпчилик атмосфера ҳодисалари ва жараёнлари - атмосфера билан сирт орасидаги энергия алмашиувида, иссиқлик ва намликни.г кўчишида, Ер юзаси ҳавзаларидаги буғланишларда, атмосферадаги ифлосиклар диффузиясида, денгизда шамол тўлқинлари ва шамол оқимларининг вужудга келишида, атмосферада қисқа радиотўлқинларнинг сочилиши ва шунга ўхшаш ҳолларда атмосферанинг турбулентлиги катта аҳамият касб этади.

Сунъий каналлар (қувурлар, шарралар, чегара қатламлар ва бошқалар ) даги турбулентликдан фарқли равишда, атмосферадаги турбулентлик ўзига хос хусусиятларга эга: атмосферада турбулент ҳаракатлар миқёси спектри жуда кенг бўлиб, у бир неча миллиметрдан минглаб километрларгача боради, атмосферанинг турбулентлиги битта девор - ер сирти билан чегараланган фазода ривожланади.

Қаттиқ жисмларнинг суюқлик ёки газлардаги ҳаракатида энергиянинг йўқотилиши масаласи катта амалий қизиқиш уйғотади. Гап шундаки, кичик тезликларда ҳаракатга қаршилик тезликка мутаносиб (пропортсионал) ўсиб боради. Аеродинамик қувурдаги тадқиқотларнинг кўрсатишича, ҳаракатланувчи оқим бунда ламинарликни сақлайди. Тезликнинг бундан кейинги ўса боришида қандайдир пайтга келиб турбулент уюрмаланишлар ҳосил бўлишни бошлаб юборади. Шу пайтдан бошлаб, қаршилик тезликка нисбатан унинг квадратига припортсионал ўса бошлайди. Яъни энергиянинг кўп қисми чегара қатламда ҳаракатланаётган жисм орқасида уюрмалар ҳосил бўлишига сарфланади. Шунинг учун тезликнинг ҳатто бир оз ўсиши ҳам катта энергия сарфини тақозо этади.

Ҳайвонт дунёсининг сувдаги вакиллари - делфинларнинг бу қонуниятга бўйсунмаслиги маълум бўлди. Маълумки улар 50 км/соат гача тезлик билан бир неча соат мобайнида суза олади. Агар делфиннинг сувдаги ҳаракатини ҳар қандай қаттиқ жисмнинг ҳаракатига қиёсласак, у ҳолда, ҳисоблашларга кўра, бунинг учун делфинга мускулларининг кучи камлик қилган бўларди (буни фанда "Грей парадокси" дейилади).

Делфинлар сузиш ҳаракатини гидродинамик қувурдаги тадқиқотлари шуни кўрсатдики, ҳаракат вақтида делфин танасини қамраб ўтувчи суюқлик оқими ламинарлигича қолар экан. Делфинларнинг океанариумдаги ҳаракатларини кузатиш қуйидаги натижага олиб келди: сувда ҳаракат қилаётган вақтда делфиннинг қалин эластик терисидан бурмалар югуради. Улар тезлик ўсиб, оқим ламинардардан турбулентга ўтишга етиш олдидан чегаравий қамраб оқиш режимида юзага келади. Худди шу пайтда терида гўё "югурувчи тўлқин" юзага келади. У атрофда вужудга келувчи уюрмаларни сўндириб, доимий ламинар оқим қамраб оқишига кўмак беради.

Делфинлар тезлигининг сири очилиши биланоқ, муҳандислар ундан фойдаланиш имкониятларини излай бошладилар. Хусусан бу ажойиб хоссалардан сув ости кемалариниг қопламаларини тайёрлашда ва денгиз торпедаларининг қобиқларини ясашда қўллана бошлади. У бир неча резина қатламидан иборат бўлиб, улар орасидаги бўшлиқ тор найчалар билан бир қатламдан бошқасига оқиб ўтувчи силикон суюқлиги билан тўлдирилади. Албатта, бу анча қўпол яқинлашиш бўлса-да, лекин у ҳаракатланаётган торпедага нисбатан оқимнинг қаршилигини 60 % камайтириш имконини берди. (Бу кўрсаткич, торпеда 70 км/соат тезликда ҳаракатланганида қайд этилган).

Делфин терисига қиёсан тайёрланган юмшоқ қопламалар кемасозликдан бошқа соҳаларда ҳам қўлланила бошлади. Минглаб километрлар нефт қувурларини тасаввур қиинг. Қудратли насос стантсиялари улар бўйлаб нефт ҳайдайди. Бу стантсияларнинг энергияси қувурларда вужудга келувчи уюрмаланишларни ҳамда юзага келувчи турбулент оқимларни енгишга ҳам сарфланади. Агар қувур ичига эластик қоплама қопланса, нефт оқимининг ламинарланиши ҳисобига қаршилик камаяди. Демак, натижада энергия сарфи ҳам тежалади.