Fluid Dynamics: Apa perbedaan antara aliran kacau dan aliran turbulen?


Jawaban 1:

Untuk menghindari kebingungan, orang harus mencatat bahwa beberapa ahli matematika dan fisikawan, terutama di antara mereka J. C. Sprott, telah menciptakan istilah "aliran kacau" dalam kaitannya dengan setiap rangkaian persamaan yang menunjukkan perilaku kacau, yaitu, respons sistem menampilkan ketergantungan yang sensitif terhadap kondisi awal. Dinamika cairan telah mencatat bahwa banyak kasus pencampuran cairan menunjukkan perilaku fraktal, tanda aula kekacauan, dan telah menciptakan frase "pencampuran kacau" untuk merujuk pada aliran seperti itu.

Mengingat kemiripan yang terlihat antara aliran fluida nyata yang beralih dari laminar ke turbulen dan sistem dinamik yang beralih antara kondisi-mapan dan penarik aneh, sudah wajar untuk teori-teori modern yang mengaitkan turbulensi dengan teori chaos muncul, yang paling menonjol dari David Roulle dan Floris Takens . Anda mungkin menemukan jawaban untuk Apa perbedaan antara aliran cairan yang tidak stabil atau tidak stabil dan aliran turbulen dari fluida? lebih rinci dalam diskusi tentang masalah ini.

Sepengetahuan saya, semua kasus dari apa yang dikenal sebagai "pencampuran kacau" adalah contoh dari rezim aliran harmonik, sub-harmonik, atau kuasi-periodik yang ada dalam rezim transisi aliran laminar-turbulen dari aliran. Oleh karena itu, mereka tidak akan menunjukkan perilaku statistik yang sama seperti aliran turbulen yang benar-benar stasioner secara statistik.


Jawaban 2:

Dalam banyak aplikasi, seseorang ingin memaksimalkan laju pencampuran cairan. Dalam pengaturan yang paling sederhana, ini berarti bahwa kami ingin mengurangi sebanyak mungkin waktu yang diperlukan untuk difusi molekuler untuk menghomogenisasi distribusi pelacak skalar yang awalnya tidak homogen. Jika tidak ada kemajuan, difusi molekuler dengan sendirinya membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai homogenitas, bahkan dalam wadah yang cukup kecil. Jadi, kami menggunakan advection untuk mempercepat proses ini.

Cara klasik dan lebih terkenal untuk melakukannya adalah melalui turbulensi: dengan memaksakan angka Reynolds yang tinggi dalam aliran 3D, kami memicu pembentukan energi Kolmogorov di mana energi mengalir dari skala besar ke skala kecil. Kaskade energi ini dicerminkan oleh kaskade yang sesuai dalam bidang skalar apa pun yang maju bersama dengan aliran, yang distribusinya berkembang dalam proses ini struktur skala kecil, yang kemudian dengan cepat dihomogenisasi oleh difusi molekuler. Dari sudut pandang pencampuran, turbulensi semacam itu, oleh karena itu, merupakan cara untuk membuat, dengan cepat, struktur berskala kecil dalam distribusi spasial bidang-bidang yang dikembangkan, yang mengakibatkan mereka dihaluskan oleh difusi.

Chaotic advection (Aref, 1984) adalah cara berbeda untuk menghasilkan struktur skala kecil dalam distribusi spasial bidang yang dikembangkan, dengan menggunakan properti peregangan dan lipat dari aliran kacau. Dinamika chaotic dengan cepat mengembangkan setiap distribusi awal yang halus menjadi pola filamen atau lembaran yang kompleks, tergantung pada dimensi sistem, yang cenderung cepat secara eksponensial ke pola geometris dengan struktur fraktal. Karena peregangan, skala panjang struktur dalam arah kontrak menurun secara eksponensial cepat, dan ketika mereka menjadi cukup kecil, mereka dihaluskan oleh difusi. Ini adalah efek murni kinematik, yang tidak memerlukan angka Reynolds yang tinggi dan ada bahkan dalam aliran 2D Stokes yang bergantung waktu.

Adveksi kacau karenanya dapat didefinisikan sebagai penciptaan skala kecil dalam aliran oleh dinamika kacau. Pencampuran oleh adveksi yang kacau memiliki keunggulan dibandingkan turbulensi sehingga tidak memerlukan input energi yang lebih besar untuk mempertahankan kaskade Kolmogorov yang tidak dapat dicampurkan oleh turbulen, dan dapat diatur dalam situasi, seperti mikrofluida, di mana bilangan Reynolds yang tinggi adalah bukan pilihan.

Berapa nomor Reynolds?


Jawaban 3:

Dalam banyak aplikasi, seseorang ingin memaksimalkan laju pencampuran cairan. Dalam pengaturan yang paling sederhana, ini berarti bahwa kami ingin mengurangi sebanyak mungkin waktu yang diperlukan untuk difusi molekuler untuk menghomogenisasi distribusi pelacak skalar yang awalnya tidak homogen. Jika tidak ada kemajuan, difusi molekuler dengan sendirinya membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai homogenitas, bahkan dalam wadah yang cukup kecil. Jadi, kami menggunakan advection untuk mempercepat proses ini.

Cara klasik dan lebih terkenal untuk melakukannya adalah melalui turbulensi: dengan memaksakan angka Reynolds yang tinggi dalam aliran 3D, kami memicu pembentukan energi Kolmogorov di mana energi mengalir dari skala besar ke skala kecil. Kaskade energi ini dicerminkan oleh kaskade yang sesuai dalam bidang skalar apa pun yang maju bersama dengan aliran, yang distribusinya berkembang dalam proses ini struktur skala kecil, yang kemudian dengan cepat dihomogenisasi oleh difusi molekuler. Dari sudut pandang pencampuran, turbulensi semacam itu, oleh karena itu, merupakan cara untuk membuat, dengan cepat, struktur berskala kecil dalam distribusi spasial bidang-bidang yang dikembangkan, yang mengakibatkan mereka dihaluskan oleh difusi.

Chaotic advection (Aref, 1984) adalah cara berbeda untuk menghasilkan struktur skala kecil dalam distribusi spasial bidang yang dikembangkan, dengan menggunakan properti peregangan dan lipat dari aliran kacau. Dinamika chaotic dengan cepat mengembangkan setiap distribusi awal yang halus menjadi pola filamen atau lembaran yang kompleks, tergantung pada dimensi sistem, yang cenderung cepat secara eksponensial ke pola geometris dengan struktur fraktal. Karena peregangan, skala panjang struktur dalam arah kontrak menurun secara eksponensial cepat, dan ketika mereka menjadi cukup kecil, mereka dihaluskan oleh difusi. Ini adalah efek murni kinematik, yang tidak memerlukan angka Reynolds yang tinggi dan ada bahkan dalam aliran 2D Stokes yang bergantung waktu.

Adveksi kacau karenanya dapat didefinisikan sebagai penciptaan skala kecil dalam aliran oleh dinamika kacau. Pencampuran oleh adveksi yang kacau memiliki keunggulan dibandingkan turbulensi sehingga tidak memerlukan input energi yang lebih besar untuk mempertahankan kaskade Kolmogorov yang tidak dapat dicampurkan oleh turbulen, dan dapat diatur dalam situasi, seperti mikrofluida, di mana bilangan Reynolds yang tinggi adalah bukan pilihan.

Berapa nomor Reynolds?


Jawaban 4:

Dalam banyak aplikasi, seseorang ingin memaksimalkan laju pencampuran cairan. Dalam pengaturan yang paling sederhana, ini berarti bahwa kami ingin mengurangi sebanyak mungkin waktu yang diperlukan untuk difusi molekuler untuk menghomogenisasi distribusi pelacak skalar yang awalnya tidak homogen. Jika tidak ada kemajuan, difusi molekuler dengan sendirinya membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai homogenitas, bahkan dalam wadah yang cukup kecil. Jadi, kami menggunakan advection untuk mempercepat proses ini.

Cara klasik dan lebih terkenal untuk melakukannya adalah melalui turbulensi: dengan memaksakan angka Reynolds yang tinggi dalam aliran 3D, kami memicu pembentukan energi Kolmogorov di mana energi mengalir dari skala besar ke skala kecil. Kaskade energi ini dicerminkan oleh kaskade yang sesuai dalam bidang skalar apa pun yang maju bersama dengan aliran, yang distribusinya berkembang dalam proses ini struktur skala kecil, yang kemudian dengan cepat dihomogenisasi oleh difusi molekuler. Dari sudut pandang pencampuran, turbulensi semacam itu, oleh karena itu, merupakan cara untuk membuat, dengan cepat, struktur berskala kecil dalam distribusi spasial bidang-bidang yang dikembangkan, yang mengakibatkan mereka dihaluskan oleh difusi.

Chaotic advection (Aref, 1984) adalah cara berbeda untuk menghasilkan struktur skala kecil dalam distribusi spasial bidang yang dikembangkan, dengan menggunakan properti peregangan dan lipat dari aliran kacau. Dinamika chaotic dengan cepat mengembangkan setiap distribusi awal yang halus menjadi pola filamen atau lembaran yang kompleks, tergantung pada dimensi sistem, yang cenderung cepat secara eksponensial ke pola geometris dengan struktur fraktal. Karena peregangan, skala panjang struktur dalam arah kontrak menurun secara eksponensial cepat, dan ketika mereka menjadi cukup kecil, mereka dihaluskan oleh difusi. Ini adalah efek murni kinematik, yang tidak memerlukan angka Reynolds yang tinggi dan ada bahkan dalam aliran 2D Stokes yang bergantung waktu.

Adveksi kacau karenanya dapat didefinisikan sebagai penciptaan skala kecil dalam aliran oleh dinamika kacau. Pencampuran oleh adveksi yang kacau memiliki keunggulan dibandingkan turbulensi sehingga tidak memerlukan input energi yang lebih besar untuk mempertahankan kaskade Kolmogorov yang tidak dapat dicampurkan oleh turbulen, dan dapat diatur dalam situasi, seperti mikrofluida, di mana bilangan Reynolds yang tinggi adalah bukan pilihan.

Berapa nomor Reynolds?


Jawaban 5:

Dalam banyak aplikasi, seseorang ingin memaksimalkan laju pencampuran cairan. Dalam pengaturan yang paling sederhana, ini berarti bahwa kami ingin mengurangi sebanyak mungkin waktu yang diperlukan untuk difusi molekuler untuk menghomogenisasi distribusi pelacak skalar yang awalnya tidak homogen. Jika tidak ada kemajuan, difusi molekuler dengan sendirinya membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai homogenitas, bahkan dalam wadah yang cukup kecil. Jadi, kami menggunakan advection untuk mempercepat proses ini.

Cara klasik dan lebih terkenal untuk melakukannya adalah melalui turbulensi: dengan memaksakan angka Reynolds yang tinggi dalam aliran 3D, kami memicu pembentukan energi Kolmogorov di mana energi mengalir dari skala besar ke skala kecil. Kaskade energi ini dicerminkan oleh kaskade yang sesuai dalam bidang skalar apa pun yang maju bersama dengan aliran, yang distribusinya berkembang dalam proses ini struktur skala kecil, yang kemudian dengan cepat dihomogenisasi oleh difusi molekuler. Dari sudut pandang pencampuran, turbulensi semacam itu, oleh karena itu, merupakan cara untuk membuat, dengan cepat, struktur berskala kecil dalam distribusi spasial bidang-bidang yang dikembangkan, yang mengakibatkan mereka dihaluskan oleh difusi.

Chaotic advection (Aref, 1984) adalah cara berbeda untuk menghasilkan struktur skala kecil dalam distribusi spasial bidang yang dikembangkan, dengan menggunakan properti peregangan dan lipat dari aliran kacau. Dinamika chaotic dengan cepat mengembangkan setiap distribusi awal yang halus menjadi pola filamen atau lembaran yang kompleks, tergantung pada dimensi sistem, yang cenderung cepat secara eksponensial ke pola geometris dengan struktur fraktal. Karena peregangan, skala panjang struktur dalam arah kontrak menurun secara eksponensial cepat, dan ketika mereka menjadi cukup kecil, mereka dihaluskan oleh difusi. Ini adalah efek murni kinematik, yang tidak memerlukan angka Reynolds yang tinggi dan ada bahkan dalam aliran 2D Stokes yang bergantung waktu.

Adveksi kacau karenanya dapat didefinisikan sebagai penciptaan skala kecil dalam aliran oleh dinamika kacau. Pencampuran oleh adveksi yang kacau memiliki keunggulan dibandingkan turbulensi sehingga tidak memerlukan input energi yang lebih besar untuk mempertahankan kaskade Kolmogorov yang tidak dapat dicampurkan oleh turbulen, dan dapat diatur dalam situasi, seperti mikrofluida, di mana bilangan Reynolds yang tinggi adalah bukan pilihan.

Berapa nomor Reynolds?