21.2 : Boru Akışının Genel Özellikleri II

Akışkan bir boruya girdiğinde, önce giriş bölgesinden geçer ve burada hız profili viskoz etkiler nedeniyle ayarlanır. Bu bölgede, boru duvarları boyunca bir sınır tabakası oluşur ve borunun enine kesitini tamamen kaplayana kadar büyür. Sınır tabakası birleştiğinde, akış tamamen gelişmiş hale gelir ve borunun uzunluğu boyunca tutarlı kalan sabit bir hız profiline sahip olur.

Tamamen gelişmiş bir akışa ulaşmak için gereken mesafeye giriş uzunluğu denir ve akış rejimine (laminer veya türbülanslı) ve reynolds sayısına bağlıdır. Laminer akış, düzgün, kademeli profil gelişimi nedeniyle genellikle daha kısa bir giriş uzunluğuna sahipken, türbülanslı akış, gelişmiş karıştırma ve kaotik hareket nedeniyle daha uzun bir giriş uzunluğu gerektirir.

Borunun uzunluğu boyunca bir basınç farkı, sabit çaplı bir boruda tamamen gelişmiş akışı yönlendirir. Yatay borularda, bu basınç farkı viskoz kuvvetleri yenerek sabit hareketi sağlar. Giriş bölgesi, hız profili geliştikçe ivmeyi hesaba katmak için daha yüksek bir basınç gradyanına sahiptir. Tam olarak geliştiğinde, basınç gradyanı sabitlenir ve viskoziteyi aşmak için gereken enerjiyi yansıtır.

Kayma gerilimi laminer ve türbülanslı akışlarda farklı davranır. Laminer akışta, kayma gerilimi moleküler momentum transferinden kaynaklanır ve düzgün, düzenli katmanlarla sonuçlanır. Türbülanslı akış, daha önemli, düzensiz hareket eden akışkan parçacıkları arasındaki momentum değişiminden kaynaklanır ve bu da onu makroskobik bir etki haline getirir. Bu farklılıklar basınç dağılımını ve akış özelliklerini etkiler.

Eğimli borular için, yerçekimi basınç gradyanını değiştirir. Borunun yönüne bağlı olarak, yerçekimi akışa yardımcı olabilir veya direnebilir ve sabit hareket için gereken kuvvet dengesini değiştirebilir. Viskozite, basınç ve yerçekimi etkileşimi, boru içindeki akışkan davranışını belirler.