Turbulentlk

Turbulentlk — suyuqlik va gazlarning ko‘p oqimlarda kuzatiladigan hamda, bu oqimlarda turli o‘lchamli ko‘plab uyurmalar hosil bo‘lishidan iborat hodisa. Bu hodisa tufayli gidrodinamik va termodinamik xarakteristikalar (tezlik, bosim, harorat, zichlik) tartibsiz fluktuatsiyalar ta’sirida bo‘ladi hamda, shuning uchun fazoda va vaqt davomida tartibsiz o‘zgaradi.

Turbulentlik kuzatiladigan suyuqlik oqimiga turbulent oqim deyiladi. Bunday oqimda suyuqlik va gazning zarralari tartiblanmagan, turg‘unlashmagan harakatlar qiladi. Hamda bu hol ularning intensiv jadal aralashuviga olib keladi.

Bu jihatdan turbulent oqimlar tartibli xarakterga ega bo‘lgan va faqat ta’sir qiluvchi kuchlarning o‘zgarishidangina vaqt o‘tishi bilan o‘zgaradigan laminar oqimlardan farq qiladi. Laminar oqimda suyuqlik yoki gaz zarralari bir-biri bilan aralashmaydigan qatlamlar tarzida qat’iy bitta yo‘nalishda ko‘chadi.

Jadal tartibsiz aralashuv tufayli turbulent oqimlar yuqori issiqlik uzatish, kimyoviy reaksiyalarni (masalan yonishni) tez tarqatish, tovush va elektromagnit to‘lqinlarni sochish, shuningdek impulsni uzatish va shu sababli qattiq jismlarni aylanib oqayotganda ularga yuqori kuch bilan ta’siri ko‘rsatish xususiyatlariga egadir. Bunda turbulent oqimlarda harakatlanuvchi jismlar anchagina katta qarshilikka uchrashi sababli, kattagina energiya yo‘qotadi.

Turbulentlik muayyan sharoitlarda laminar oqimlarning gidrodinamik beqarorligi qibatida yuzaga keladi. Inertsiya kuchlarining yopishqoqlik kuchlariga nisbati — ingliz fizigi O.Reynolds (1842-1912) sharafiga Reynolds soni (Re) deb ataladigan kattalik muayyan aniq sharoitlar uchun taaluqli bo‘lgan biror chegaraviy qiymatdan ortiq bo‘lsa, laminar oqim turg‘unligini yo‘qotadi va u turbulent oqim bo‘lib qoladi.

Quvurlar, kanallar, chegara qatlamlardagi suyuqlik va gaz qamrab oqayotgan qattiq jismlar yaqinidagi turbulent oqimlar hamda erkin turbulent oqimlar — suyuqlik va gazga nisbatan harakat qilayotgan qattiq jism izlari va tezliklari har xil bo‘lgan, biror qattiq devor bilan bo‘linmagan oqimlar oraidagi aralashuv hududlari va boshqalar, shuningdek, atmosferaning turbulentligi hodisasi batafsilroq o‘rganilgan.

Ko‘pchilik atmosfera hodisalari va jarayonlari — atmosfera bilan sirt orasidagi energiya almashiuvida, issiqlik va namlikni.g ko‘chishida, Yer yuzasi havzalaridagi bug‘lanishlarda, atmosferadagi iflosiklar diffuziyasida, dengizda shamol to‘lqinlari va shamol oqimlarining vujudga kelishida, atmosferada qisqa radioto‘lqinlarning sochilishi va shunga o‘xshash hollarda atmosferaning turbulentligi katta ahamiyat kasb etadi.

Sun’iy kanallar (quvurlar, sharralar, chegara qatlamlar va boshqalar ) dagi turbulentlikdan farqli ravishda, atmosferadagi turbulentlik o‘ziga xos xususiyatlarga ega: atmosferada turbulent harakatlar miqyosi spektri juda keng bo‘lib, u bir necha millimetrdan minglab kilometrlargacha boradi, atmosferaning turbulentligi bitta devor — yer sirti bilan chegaralangan fazoda rivojlanadi.

Qattiq jismlarning suyuqlik yoki gazlardagi harakatida energiyaning yo‘qotilishi masalasi katta amaliy qiziqish uyg‘otadi. Gap shundaki, kichik tezliklarda harakatga qarshilik tezlikka mutanosib (proportsional) o‘sib boradi. Aerodinamik quvurdagi tadqiqotlarning ko‘rsatishicha, harakatlanuvchi oqim bunda laminarlikni saqlaydi. Tezlikning bundan keyingi o‘sa borishida qandaydir paytga kelib turbulent uyurmalanishlar hosil bo‘lishni boshlab yuboradi. Shu paytdan boshlab, qarshilik tezlikka nisbatan uning kvadratiga priportsional o‘sa boshlaydi. Ya’ni energiyaning ko‘p qismi chegara qatlamda harakatlanayotgan jism orqasida uyurmalar hosil bo‘lishiga sarflanadi. Shuning uchun tezlikning hatto bir oz o‘sishi ham katta energiya sarfini taqozo etadi.

Hayvont dunyosining suvdagi vakillari — delfinlarning bu qonuniyatga bo‘ysunmasligi ma’lum bo‘ldi. Ma’lumki ular 50 km/soat gacha tezlik bilan bir necha soat mobaynida suza oladi. Agar delfinning suvdagi harakatini har qanday qattiq jismning harakatiga qiyoslasak, u holda, hisoblashlarga ko‘ra, buning uchun delfinga muskullarining kuchi kamlik qilgan bo‘lardi (buni fanda «Grey paradoksi» deyiladi).

Delfinlar suzish harakatini gidrodinamik quvurdagi tadqiqotlari shuni ko‘rsatdiki, harakat vaqtida delfin tanasini qamrab o‘tuvchi suyuqlik oqimi laminarligicha qolar ekan. Delfinlarning okeanariumdagi harakatlarini kuzatish quyidagi natijaga olib keldi: suvda harakat qilayotgan vaqtda delfinning qalin elastik terisidan burmalar yuguradi. Ular tezlik o‘sib, oqim laminardardan turbulentga o‘tishga yetish oldidan chegaraviy qamrab oqish rejimida yuzaga keladi. Xuddi shu paytda terida go‘yo «yuguruvchi to‘lqin« yuzaga keladi. U atrofda vujudga keluvchi uyurmalarni so‘ndirib, doimiy laminar oqim qamrab oqishiga ko‘mak beradi.

Delfinlar tezligining siri ochilishi bilanoq, muhandislar undan foydalanish imkoniyatlarini izlay boshladilar. Xususan bu ajoyib xossalardan suv osti kemalarinig qoplamalarini tayyorlashda va dengiz torpedalarining qobiqlarini yasashda qo‘llana boshladi. U bir necha rezina qatlamidan iborat bo‘lib, ular orasidagi bo‘shliq tor naychalar bilan bir qatlamdan boshqasiga oqib o‘tuvchi silikon suyuqligi bilan to‘ldiriladi. Albatta, bu ancha qo‘pol yaqinlashish bo‘lsa-da, lekin u harakatlanayotgan torpedaga nisbatan oqimning qarshiligini 60 % kamaytirish imkonini berdi. (Bu ko‘rsatkich, torpeda 70 km/soat tezlikda harakatlanganida qayd etilgan).

Delfin terisiga qiyosan tayyorlangan yumshoq qoplamalar kemasozlikdan boshqa sohalarda ham qo‘llanila boshladi. Minglab kilometrlar neft quvurlarini tasavvur qiing. Qudratli nasos stantsiyalari ular bo‘ylab neft haydaydi. Bu stantsiyalarning energiyasi quvurlarda vujudga keluvchi uyurmalanishlarni hamda yuzaga keluvchi turbulent oqimlarni yengishga ham sarflanadi. Agar quvur ichiga elastik qoplama qoplansa, neft oqimining laminarlanishi hisobiga qarshilik kamayadi. Demak, natijada energiya sarfi ham tejaladi.