Giriş Tarihi: 21.2.2019 12:26

Türbülans nedir?

Bir sıvının ya da gazın hareket halindeki düzensizliği türbülans ya da çalkantı olarak adlandırılıyor. Genelde uçak yolculuklarında görülen ve bir çok kişinin korktuğu olayların başında gelen türbülans ile ilgili tüm detaylar.

ABONE OL

Türbülans veya çalkantı, bir sıvının ya da gazın hareket halindeki düzensizliğidir. Akışkan dinamiklerde, türbülans veya türbülanslı akışı, kaotik, stokastik özellik değişimleriyle tanımlanmış bir akış rejimidir. Bu uzay ve zamanda düşük moment difüsyon, yüksek moment konveksiyon, ve hızlı basınç ve hız varyansyonları içerir.

GEÇERLİ BİR ÇÖZÜM BULUNAMADI

Türbülans, pek çok fizikçi tarafından ele alınmış, ancak geçerli bir çözüm bulunamamış problemlerden biri olarak belirtilmiştir. Düzgün akışa sahip bir akışkanın molekülleri, birbirlerine mümkün olduğu kadar yakın kalmaya ve benzer davranışlar göstermeye meyillidir. 19'uncu yüzyılın başlarında düzenli akışa sahip akışkanlara ait temel problemler çözülmüş ve akışkanlar dinamiğinin temelleri kurulmuştur. Ancak bilim uzun süre türbülans üzerinde çalışmayı reddetmiş, türbülansı daha çok bir mühendislik problemi olarak görmüştür.

İSTENMEYEN BİR ETKİ

Türbülans genelde istenmeyen bir etkidir. Bu alandaki çalışmaların büyük bir yüzdesi türbülansı engellemeye yöneliktir. Türbülans, modern bakış açısı ile her ölçek düzeyinde ortaya çıkan düzensizlik olarak tanımlanır. Türbülans üzerine ilk önemli çalışmalar Andrey Kolmogorov tarafından başlatılmıştır. Ancak Kolmogorov'un önermeleri yeterli olmamıştır. Türbülansa yönelik daha başarılı bir teori ise Lev Landau tarafından 1944 yılında ortaya konabilmiştir.

TAKENS VE RUELLE BİRLİKTE ÇALIŞTI

Matematiksel fizikçi David Ruelle, türbülans üzerine çalışmaya başladığında matematikçi Floris Takens ile birlikte türbülansın bağımsız üç hareket ile betimlenebileceği önermesini sundu. Takens ve Ruelle'nin bu çalışmasının en önemli sonucu garip çeker kavramı oldu. Bir çeker ya da çekici (attractor), faz uzayında bir noktadan ibarettir. Eğer sistem sürtünmesiz bir sarkaç gibi periyodik hareket yapıyorsa, sistemin faz uzayındaki yörüngesi bir çemberdir ve bu çemberin merkezi kararlı bir çekerdir. Çeker, sistemin çıkışın bir çekim havzası gibi kendi üzerine kapanmaya zorlamaktadır. Sistem sürtünmesiz ise yörünge doğal olarak bir çember olacaktır. Sistemin enerjisi arttırıldığında değişen tek şey çemberin yarıçapıdır. Sisteme sürtünme eklendiğinde ise tüm olası yörüngeler bir helezon çizerek, merkezde son bulur.

KAPALI SARMAL VE SABİT NOKTA

Ruelle, türbülans halindeki akışkanın içinde görülen sarmal akıntıların faz uzayında bir çekiciye doğru çekildiğini hayal etti. Hiç kuşkusuz, bu çekici sabit bir nokta değildi. Bu tıpkı bir yay tarafından enerji kazandırılan sürtünmeli bir sarkacın davranışına benzemekteydi. Sarkaç bazı başlangıç koşullarında sıfır noktasına dönecek, bazı durumlarda ise salınmaya devam edecekti. Böyle bir sistemin iki çekeri vardı; ilki kapalı bir sarmal, ikincisi ise sabit bir nokta. Kısa vadede faz uzayındaki her bir nokta dinamik sistemin muhtemel davranış biçimlerinden birini betimliyordu. Uzun vadede ise çekerlerin kendisinden başka mümkün olan davranış biçimi olmadığı da belirtilmişti.

1963 YILINDA RESMEDİLDİ

Takens ve Ruelle, farklı türden çekerler düşündüler. Bu yeni tür çekici, faz uzayında sınırlı bir bölgede kendini tekrarlamadan bir yörünge çizmeliydi. Yörüngenin kendi kendini kesmesi daha önce geçilen bir noktanın tekrarlanması anlamına gelir ve bu durumda yörünge periyodik olurdu. Başka bir deyişle yörünge sonlu bir alan içinde sonsuz uzunluklu olmalıydı. Ruelle ve Takens bu çekicinin tarifini yapmış ve olması gerektiğini söylemişlerdi ama bilim adamı Benoit Mandelbrot henüz fraktalları icat etmemişti. Ruelle ve Takens'in tarif ettikleri 'garip çeker' ise 1963'te resmedilmişti.