Flujo laminar frente a flujo turbulento
La dinámica de fluidos es una parte importante de la física clásica, y las aplicaciones van desde el riego hasta la fisiología humana. Tiene importantes contribuciones de ingeniería en los campos aeroespacial, marítimo, de irrigación, hidráulico y muchas otras disciplinas.
El flujo del fluido varía de un estado a otro y, para facilitar el análisis, el flujo se clasifica en diferentes regímenes donde las propiedades del fluido, como la velocidad, la presión, la densidad y la viscosidad, caracterizan cada régimen. El flujo turbulento y el laminar son las dos clases principales de regímenes de flujo.
¿Qué es el flujo laminar?
Cuando las partículas del fluido fluyen sin intersectar las trayectorias de las demás y la velocidad de la partícula siempre es tangencial a la trayectoria de la partícula, se dice que el flujo es aerodinámico. Cuando ocurre el flujo aerodinámico, las capas de partículas de fluido tienden a deslizarse sobre la partícula adyacente sin perturbar el movimiento de las demás, y esto ocurre en capas o láminas de flujo de fluido. Tal flujo se conoce como flujo laminar. El flujo laminar o flujo aerodinámico ocurre cuando la velocidad del fluido es relativamente baja.
En flujo laminar, la capa en contacto con una superficie estacionaria tiene velocidad cero y, en la dirección perpendicular a la superficie, la velocidad de las capas tiende a aumentar. Además, la velocidad, la presión, la densidad y otras propiedades dinámicas de fluidos permanecen sin cambios en todos los puntos del espacio del flujo.
El número de Reynolds es una indicación de lo bien que un fluido puede pasar por un flujo laminar. Cuando el número de Reynolds es bajo, el flujo tiende a ser laminar y las fuerzas viscosas son la forma dominante de interacción entre las capas. Cuando el número de Reynolds es alto, el flujo tiende a ser turbulento y las fuerzas de inercia son la forma dominante de interacción entre las capas.
¿Qué es el flujo turbulento?
Cuando las propiedades del fluido en un flujo varían rápidamente con el tiempo, es decir, cuando los cambios en la velocidad, la presión, la densidad y otras propiedades del flujo muestran cambios aleatorios y arbitrarios, el flujo se conoce como flujo turbulento.
El flujo de fluido dentro de una tubería cilíndrica uniforme con una longitud finita, también conocido como flujo de Poiseuille, tendrá turbulencia en el flujo cuando el número de Reynolds alcance el número crítico 2040. Sin embargo, en general, el flujo puede no ser explícitamente ser turbulento cuando el número de Reynolds es mayor que 10000.
Un flujo turbulento se caracteriza por su naturaleza aleatoria, difusividad y vorticidad. El flujo contiene remolinos, corrientes cruzadas y vórtices.
¿Cuál es la diferencia entre flujo laminar y turbulento?
• En el flujo laminar, el flujo ocurre a velocidades bajas y un número de Reynolds bajo, mientras que el flujo turbulento ocurre a velocidades altas y un número de Reynolds alto.
• En el flujo laminar, la trayectoria de las líneas de fluido es regular y aerodinámica donde no hay perturbación lateral de las trayectorias de fluido y el fluido fluye en capas. En el flujo turbulento, el patrón de flujo es irregular y caótico, donde ocurren vórtices, remolinos y corrientes cruzadas.
• En el flujo laminar, las propiedades del fluido en un punto del espacio permanecen constantes en el tiempo, mientras que en el flujo turbulento, las propiedades del fluido en un punto son estocásticas.
