אנליזת זרימה

אנליזת זרימה הינה תחום מרתק במכניקת הזורמים, החושף את משטרי הזרימה במרחב, מסביר תופעות זרימה בקנה מידה קטן וכן במערכות זרימה גדולות.

ניתן לחלק את אנליזת הזרימה לשני סוגי אנליזות: זרימה בתוך מבנה כדוגמת צנרת מים/ אוויר וזרימה על פני מבנה, כדוגמת סביב כנף מטוס/ בניין. אנליזת זרימה מאפשרת לחשוף תופעות של שחיקה, רעידות, קוויטציה, לחץ, טמפרטורה, תנע וכמעט כל תופעה פיזיקאלית הנדסית בזורם, כאשר גודל המרחב, גודל המעברים, מהירות הזרימה ומאפייני זורם נוספים, מגדירים את אזורי הבדיקה ורמת הדיוק.

פתרון אנליזות זרימה שייך לתחום משוואות לא לינאריות, משוואות מורכבות הניתנות לפתרון על ידי אנליזה נומרית, כלומר, כל קודקוד אלמנט ברשת המייצגת את הבעיה, מאופיין ע”י משוואות הזרימה, טמפרטורה, לחץ וכדומה כך שמספר המשוואות הנדרש לחשב הוא עצום, בקירוב חזקה שלישית לכול תא ברשת, כאשר גודל תא בודד ברשת תלוי במידת הדיוק הנדרש בהתאמה לגודל התופעה שאותה נדרש לבחון.

פתרון נומרי לאנליזת הזרימה נעשה על ידי הגדרת שני סוגי משטרי זרימה:

​

משטר זרימה למינארי ומשטר זרימה טורבולנטי. זרימה למינארית מוגדרת זרימה שכבתית כך ששכבות הזורם נעות אחת על גבי השנייה. זרימה טורבולנטית הינה מצב של ערבוב בין השכבות והחישוב הוא ממוצע השכבות. הגדרת משטר הזרימה מבוצעת בעזרת מספר ריינולדס (ערך חסר מידות), המגדיר את סוג הזרימה למינארית/ טורבולנטית, פתרון מספר ריינודלס מוגדר כך:

​

Re= vdρ/μ
v=ממוצעת מהירות
d=אופייני קוטר
ρ=הזורם צפיפות
μ=דינמית צמיגות

ערכי מעבר זרימה למינארית וטורבולנטית בצינור:

Re<<1 = זרימת סטוק (זרימה זוחלת)

Re<2300 = זרימה למינארית

Re>2900= זרימה טורבולנטית

בין זרימה למינארית וטורבולנטית נמצא איזור מעבר אשר בו מתקיימות זרימה למינארית וגם זרימה טורבולנטית, במבנה מחזורי, כאשר במרכז הזורם הזרימה למינארית דומיננטית ובאזורי החיכוך (דפנות), זרימה טורבולנטית דומיננטית.

לרוב, בעיות הזרימה הן תת קוליות כלומר, מהירות התקדמות בתווך הזורם נמוך ממהירות הקול של הזורם, אך קיימים מקרים,

בהם מהירות ההתקדמות בזורם גבוהה ממהירות הקול ומקרים אלו, דורשים גישה אחרת לבעיה עם משוואות זרימה מתאימות בעלות מאפיינים כדוגמת, מספר מאך, גלי לחץ ותופעות טרמיות על גבי המבנה ובזורם.