Quelle est la différence entre un écoulement instable ou non régulier d'un fluide et un écoulement turbulent d'un fluide?


Réponse 1:

Grande question. La description ci-dessous est une explication certes simplifiée d'un sujet extrêmement complexe et complexe; et qui est assez gratifiant d'étudier plus en profondeur.

Lorsqu'on parle de types de flux, les dynamiques des fluides se réfèrent généralement aux régimes de flux. On peut considérer un régime de flux comme un type de flux universel, partageant des attributs généraux et des descriptions mathématiques dans tous les modes de réalisation spécifiques. Les deux régimes d'écoulement les plus courants sont l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent. D'une manière générale, les écoulements laminaires apparaissent stables et lisses tandis que les écoulements turbulents apparaissent instables, tourbillonnants et non périodiques.

Certaines des toutes premières recherches scientifiques sur les différences et les causes de ces deux types de flux ont été menées par Osborne Reynolds à la fin des années 1800, qui a abouti à son traité sur le sujet, «Sur la théorie dynamique des fluides visqueux incompressibles et la détermination du critère ".

De ses études, et des études antérieures de George Stokes, est venue la définition d'un nombre sans dimension qui a été très bien corrélé à la question de savoir si un écoulement est laminaire ou turbulent, le nombre de Reynolds exprimant le rapport de la résistance inertielle à la résistance visqueuse pour un fluide en écoulement .

Grâce à ces études et à d'autres à suivre, il est devenu bien établi que les écoulements définis en partie par les # de Reynolds faibles présentaient un flux laminaire tandis que les écoulements définis par les # de Reynolds élevés présentaient un comportement turbulent. Un exemple de cette dépendance peut être vu dans la figure ci-dessous pour l'écoulement devant un cylindre bidimensionnel.

via Phyiscs.info

Avant d'entrer dans ce qui se passe dans cette zone grise entre les flux laminaires et turbulents, communément appelée transition laminaire-turbulente, nous devons définir formellement «flux instationnaire». Un flux instationnaire est un flux qui présente une dépendance temporelle. En termes mathématiques, les écoulements instationnaires sont ceux où la dérivée partielle du champ de vitesse par rapport au temps dans les équations de Navier-Stokes ci-dessous n'est pas égale à zéro:

Pour les écoulements laminaires, cette dérivée est égale à zéro et l'écoulement est régulier.

Pour tout exemple d'écoulement particulier, la transition d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent peut se produire sur une large gamme de nombres de Reynolds, mais nous nous en tiendrons à l'exemple du cylindre bidimensionnel pour plus de commodité. Aux nombres de Reynolds entre 100 et 1000, nous commençons à voir des changements dans le comportement du flux. Tout d'abord, le flux se sépare du cylindre, créant des tourbillons de recirculation du côté aval du cylindre. Alors que le nombre de Reynolds continue d'augmenter, ces tourbillons se détachent et forment une condition d'écoulement périodique connue sous le nom de rue de vortex von Karman, visualisée ci-dessous.

Via Cesareo de La Rosa Siqueira

Comme le lecteur peut le voir, ce flux est évidemment instable, car il est périodique dans le temps, mais il n'est pas non plus turbulent. Un tel écoulement périodique est une étape souvent observée dans la transition d'un écoulement laminaire à un écoulement turbulent, un processus extraordinairement compliqué qui, à l'heure actuelle, n'est pas entièrement compris. Ce qui est évident, c'est que les flux de transition partagent des étapes caractéristiques, comme décrit ici, et sont principalement le résultat de l'instabilité des équations de Navier-Stokes et de leur comportement en tant que système dynamique chaotique, non linéaire et dynamique. Même les systèmes dynamiques simples sont bien connus pour subir des transitions d'un comportement stable dans le temps à un comportement instable rappelant remarquablement le comportement de transition de l'écoulement de fluide réel, les travaux de David Ruelle et Floris Takens étant l'effort le plus célèbre dans une telle description mathématique de la route chaotique vers turbulence.


Réponse 2:

Prenons un exemple: écoulement dans un tuyau circulaire. Surveillons la composante x de la vitesse (u) au point P (disons)

Le flux instationnaire (comme son nom l'indique) est le flux dont les propriétés varient au fil du temps. Et le flux constant est le flux dont les propriétés ne changent pas avec le temps.

le flux laminaire peut être stable (Fig A) ou instable (Fig B)

Strictement parlant, l'écoulement turbulent est toujours intrinsèquement instable (figure C) car il implique des variations rapides irrégulières aléatoires des propriétés de l'écoulement du fluide avec le temps, en raison de forces perturbatrices inertielles.

Mais les flux turbulents peuvent néanmoins être traités comme un flux turbulent statistiquement stable (uniquement au sens statistique, que les caractéristiques du débit moyen ne varient pas dans le temps) et un flux turbulent statistiquement instable (les caractéristiques du flux moyen varient dans le temps), veuillez consulter la figure Bien que le flux turbulent soit intrinsèquement aléatoire et instable, le flux moyen peut être stable ou instable.

En conclusion, un écoulement turbulent est intrinsèquement un écoulement instable, mais au sens statistique, il peut être traité de manière stable ou instable.

J'espère que cela t'aides!!!


Réponse 3:

Prenons un exemple: écoulement dans un tuyau circulaire. Surveillons la composante x de la vitesse (u) au point P (disons)

Le flux instationnaire (comme son nom l'indique) est le flux dont les propriétés varient au fil du temps. Et le flux constant est le flux dont les propriétés ne changent pas avec le temps.

le flux laminaire peut être stable (Fig A) ou instable (Fig B)

Strictement parlant, l'écoulement turbulent est toujours intrinsèquement instable (figure C) car il implique des variations rapides irrégulières aléatoires des propriétés de l'écoulement du fluide avec le temps, en raison de forces perturbatrices inertielles.

Mais les flux turbulents peuvent néanmoins être traités comme un flux turbulent statistiquement stable (uniquement au sens statistique, que les caractéristiques du débit moyen ne varient pas dans le temps) et un flux turbulent statistiquement instable (les caractéristiques du flux moyen varient dans le temps), veuillez consulter la figure Bien que le flux turbulent soit intrinsèquement aléatoire et instable, le flux moyen peut être stable ou instable.

En conclusion, un écoulement turbulent est intrinsèquement un écoulement instable, mais au sens statistique, il peut être traité de manière stable ou instable.

J'espère que cela t'aides!!!


Réponse 4:

Prenons un exemple: écoulement dans un tuyau circulaire. Surveillons la composante x de la vitesse (u) au point P (disons)

Le flux instationnaire (comme son nom l'indique) est le flux dont les propriétés varient au fil du temps. Et le flux constant est le flux dont les propriétés ne changent pas avec le temps.

le flux laminaire peut être stable (Fig A) ou instable (Fig B)

Strictement parlant, l'écoulement turbulent est toujours intrinsèquement instable (figure C) car il implique des variations rapides irrégulières aléatoires des propriétés de l'écoulement du fluide avec le temps, en raison de forces perturbatrices inertielles.

Mais les flux turbulents peuvent néanmoins être traités comme un flux turbulent statistiquement stable (uniquement au sens statistique, que les caractéristiques du débit moyen ne varient pas dans le temps) et un flux turbulent statistiquement instable (les caractéristiques du flux moyen varient dans le temps), veuillez consulter la figure Bien que le flux turbulent soit intrinsèquement aléatoire et instable, le flux moyen peut être stable ou instable.

En conclusion, un écoulement turbulent est intrinsèquement un écoulement instable, mais au sens statistique, il peut être traité de manière stable ou instable.

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