turbulenssin

Turbulenssi on nesteen tai kaasun virtausta, jossa virtaus on epäjärjestyksen alaista ja siihen liittyy nopeasti vaihtelevia nopeuksia, paineita sekä pyörteitä. Turbulenssissa energian siirtyminen kulkee suurista pyörteistä pienempiin mittakaavoihin, kunnes dissipaatio tapahtuu viskositeetin vaikutuksesta. Turbulenssissa sekoittuminen ja muuttuvat virtausrakenteet ovat tyypillisiä piirteitä sekä luonnossa että teknisissä prosesseissa.

Reynolds-luku kuvaa virtaavan nesteen epäjärjestyksen syntyä. Suurella Reynolds-luvulla laminaarinen virtaus voi muuttua turbulenssiksi. Turbulenssia voidaan luokitella esimerkiksi isotrooppisen ja homogeenisen turbulenssin sekä rajapinnoissa ilmenevien turbulenssien mukaan. Käytännössä suurin osa luonnollisista turbulensseista on inhomogeenisiä ja anisotropisia, erityisesti rajapinnoissa ja teollisissa prosesseissa.

Mallinnuksessa ja mittauksissa vahvat työkalut ovat Navier–Stokes -yhtälöt. Kolmogorovin 1941-teoria kuvaa tilastollisesti isotrooppia turbulenssia: energian siirto suurista pyörteistä pienempiin mittakaavoihin ja dissipaatio pienimmässä mittakaavassa. Nykyisin turbulenssia mallinnetaan muun muassa Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS), Large-Eddy Simulation (LES) ja Direct Numerical Simulation (DNS) -menetelmillä.

Sovelluksissa turbulenssi vaikuttaa sää-, ilmasto- ja teollisuusprosesseihin; se nopeuttaa sekoittumista, lisää lämmönsiirtöä ja muuttaa ilmanvastusta sekä melua. Ymmärrys turbulenssista parantaa suunnittelua, turvallisuutta ja suorituskykyä, erityisesti ilmailussa, rakennusteollisuudessa ja meteorologiassa. Turbulenssin on suomen kielen genetiivimuoto sanasta turbulenssi, ja sitä käytetään viittaamaan turbulenssin ominaisuuksiin tai ilmiöihin, kuten "turbulenssin synty" tai "turbulenssin vaikutukset".

---