Akışkanların Yapısı:
Akışkanlar Dinamiği

Akışkanlar dinamiğine, günlük hayatımızda çevremizdeki her yerde rastlıyoruz. Musluktan akan su, klimadan esen serin hava, vücudumuzdaki kan akışı gibi örnekler birer akışkanlar dinamiğidir. Bilim adamları çeşitli koşullar altında sıvıların ve gazların davranışlarını inceleyerek doğayı daha iyi anlamamıza yardımcı olmakta. Bu yazımızda akışkanların ilginç yapısını inceledik.

A- A+

14.09.2017 tarihli yazı 15094 kez okunmuştur.

Akışkan mekaniği sıvı, gaz ve plazma gibi akışkan maddelerin davranışlarını inceleyen bir bilim dalıdır. Akışkan dinamiği ise hareket halinde olan akışkanları inceleyen alt disiplindir. Bilim adamları, hareket halindeki akışkanların davranışlarını anlamamıza yardımcı olan sayısız teori geliştirmişlerdir. Akışkan dinamikleri, yıldızları, su akıntıları, hava koşullarını vb. değişimleri incelemek için yöntemler sunar. Akışkan dinamiklerinin önemli teknolojik uygulamaları arasında roket motorları, rüzgar türbinleri, petrol boru hatları ve klima sistemleri bulunmaktadır. Bu teorilerin bazıları ancak mikroskobik düzeyde anlaşılabilir. Teknolojinin gelişmesiyle akışkanların yapısını anlamak daha da kolaylaşmaya başladı.

Sıvı Akışkanlar

Sıvı akışkanlara hidrodinamik denilmektedir. Sıvı akışkanlar, yağ ve kimyasal karışımlar olacağı gibi en çok kullanılan sıvı sudur. Hidrodinamik uygulamalar çoğunlukla suyun akışına yöneliktir. Hidrodinamik kontrol, kapalı sistem veya açık sistem olarak kontrol edilmektedir. Kapalı sistem bir borunun içindeki sıvının davranışlarını, açık sistem ise nehir akıntıları gibi yüzey üzerindeki sıvıların davranışlarının ifade eder.

Gaz Akışkanlar

Sıvı ve gaz akışkanlar benzer özelliklere sahip olsalar da aralarında önemli farklarda vardır. En temel farklarından biri ise gazların sıkıştırılabilir olmasıdır. Gazlar ayrıca yerçekiminden etkilenmezler. Gaz akışkanlara aerodinamik denilmektedir. Aerodinamik hareketli nesnelerin hava ile etkileşimi anlamına gelir. Aerodinamik, otomobil gövdelerindeki sürtünmeyi azaltmak, daha verimli uçaklar, rüzgâr türbinleri tasarlamak ve kuşların ve böceklerin uçma biçimini araştırmaktır.

Vorteks Halkaları
Torodial girdap olarak da adlandırılan bir girdap halkasıdır. Bir akışkan veya gazdaki halka şeklindeki bir girdaptır. Sıvının çoğunlukla kapalı döngü oluşturan hayali bir eksen çizgisi etrafında döndüğü bir bölgedir. Vorteks halkaları sıvı ve gaz akışlarında bol miktarda bulunur. Bir girdap halkası genellikle halkanın düzlemine dik olan bir yönde hareket etme eğilimi gösterir. Halkanın iç kenarı, dış kenardan daha hızlı hareket eder.

►İlginizi Çekebilir: İlginç 5 Kimyasal Reaksiyon

Kelvin-Helmholtz Kararsızlığı
Farklı hızlarda hareket eden ve farklı yoğunluklara sahip akışkanların düzensiz akışa geçişi gösterir. Helmholtz, sıvıları birbirine bağlayan sınırda bir dalga gibi küçük bir titreşim verildiğinde farklı yoğunluklarda iki akışkan dinamiğini incelemiştir. Laboratuvar ortamında yapılan deneylerde renklendirilmiş tatlı su ve tuzlu su kullanılmıştır. Su tankı içine doldurulan sular yoğunluk farkından ve yavaş yavaş doldurularak birbirlerine karışmaması sağlanır. Su tankı eşit bir şekilde doldurularak iki sıvının tam sınır olduğu noktadan bir titreşim verilerek değişimler gözlemlenir.

►İlginizi Çekebilir: Non-Newton Akışkanlar

Rayleigh-Taylor Kararsızlığı
Akışkanlar dinamiğinde oldukça yaygın kullanılmaktadır. Bu olgu, daha yoğun olan bir sıvı, daha düşük yoğunluklu bir sıvının üzerine bırakıldığında oluşur. Farklı yoğunluklara sahip iki sıvı arasındaki dengesizliktir. Volkanik patlamalar, yağın üzerine dökülen suyun hareketleri, plazma reaktörlerde oluşan dengesizlikler örnek verilebilir.

Rayleigh Dengesizliği
Damlayan bir sıvının bir dizi damlaya bölünmesiyle oluşan bir olgudur. Rayleigh-Taylor kararlılığına bağlıdır. Bu dengesizlik, yüzey gerilimi tarafından yönlendirilir, damla yarıçapının küçülmesine ve sonuç olarak daha küçük damlalara dönüşmesine neden olur. Damlayan ilk sıvının başlangıç yarıçapı ve bozulmalarının dalga boyu biliniyorsa, küçülen damlaların boyutu tahmin edilebilmektedir.

Leidenfrost Etkisi
Leidenfrost etkisi, akışkan bir damlacığın kaynama noktasından daha sıcak olan başka bir sıvı yüzeye yerleştirildiğinde gözlemlenebilir. Damlacık, yüzey boyunca ince bir buhar tabakası üzerinde hareket edecektir. Leidenfrost etkisini sıcak bir tavaya su damlası bırakıldığı zaman veya sıvı nitrojenin farklı sıvılar üzerine döküldüğünde açıkça gözlenebilir.