Flujo laminar
En dinámica de fluidos , el flujo laminar se caracteriza por partículas de fluido que siguen caminos suaves en capas, con cada capa moviéndose suavemente pasando las capas adyacentes con poca o ninguna mezcla. [1] A bajas velocidades, el fluido tiende a fluir sin mezclarse lateralmente, y las capas adyacentes se deslizan entre sí como naipes . No hay corrientes cruzadas perpendiculares a la dirección del flujo, ni remolinos o remolinos de fluidos. [2] En el flujo laminar, el movimiento de las partículas del fluido es muy ordenado con partículas cercanas a una superficie sólida moviéndose en líneas rectas paralelas a esa superficie. [3] El flujo laminar es un régimen de flujo caracterizado por altadifusión de cantidad de movimiento y convección de cantidad de movimiento baja .
Cuando un fluido fluye a través de un canal cerrado como una tubería o entre dos placas planas, puede ocurrir cualquiera de los dos tipos de flujo dependiendo de la velocidad y la viscosidad del fluido: flujo laminar o flujo turbulento . El flujo laminar se produce a velocidades más bajas, por debajo de un umbral en el que el flujo se vuelve turbulento. La velocidad está determinada por un parámetro adimensional que caracteriza el flujo llamado número de Reynolds , que también depende de la viscosidad y densidad del fluido y de las dimensiones del canal. El flujo turbulento es un régimen de flujo menos ordenado que se caracteriza por remolinos o pequeños paquetes de partículas fluidas, que dan como resultado una mezcla lateral. [2] En términos no científicos, el flujo laminar es suave, mientras que el flujo turbulento es áspero .
El tipo de flujo que ocurre en un fluido en un canal es importante en los problemas de dinámica de fluidos y, posteriormente, afecta la transferencia de calor y masa en los sistemas de fluidos. El número de Reynolds adimensional es un parámetro importante en las ecuaciones que describen si las condiciones de flujo completamente desarrolladas conducen a un flujo laminar o turbulento. El número de Reynolds es la relación entre la fuerza de inercia y la fuerza de corte del fluido: qué tan rápido se mueve el fluido en relación con qué tan viscosolo es, independientemente de la escala del sistema de fluidos. El flujo laminar generalmente ocurre cuando el fluido se mueve lentamente o el fluido es muy viscoso. A medida que aumenta el número de Reynolds, por ejemplo, al aumentar la tasa de flujo del fluido, el flujo pasará de flujo laminar a turbulento en un rango específico de números de Reynolds, dependiendo el rango de transición laminar-turbulento de los pequeños niveles de perturbación en el fluido o de las imperfecciones. en el sistema de flujo. Si el número de Reynolds es muy pequeño, mucho menor que 1, entonces el fluido exhibirá un flujo de Stokes o progresivo, donde las fuerzas viscosas del fluido dominan las fuerzas de inercia.
El cálculo específico del número de Reynolds y los valores en los que se produce el flujo laminar dependerán de la geometría del sistema de flujo y del patrón de flujo. El ejemplo común es el flujo a través de una tubería , donde el número de Reynolds se define como
Para tales sistemas, el flujo laminar ocurre cuando el número de Reynolds está por debajo de un valor crítico de aproximadamente 2040, aunque el rango de transición suele estar entre 1800 y 2100. [4]
Para los sistemas de fluidos que ocurren en superficies externas, como el flujo que pasa por objetos suspendidos en el fluido, se pueden usar otras definiciones de números de Reynolds para predecir el tipo de flujo alrededor del objeto. El número de Reynolds de partículas Re p se usaría para partículas suspendidas en fluidos que fluyen, por ejemplo. Al igual que con el flujo en tuberías, el flujo laminar generalmente ocurre con números de Reynolds más bajos, mientras que el flujo turbulento y los fenómenos relacionados, como el desprendimiento de vórtices , ocurren con números de Reynolds más altos.
