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과학

난류

난류과학
영문명
Turbulent flow
특징
불규칙한 속도 변동과 소용돌이
비교 대상
층류
구별할 관점
순간 흐름과 평균 흐름
난류는 유체의 속도가 불규칙하게 변동하고 여러 규모의 소용돌이와 혼합이 나타나는 유동 형태다. 평균적으로 일정한 방향으로 흘러도 그 주위의 순간적인 움직임은 복잡할 수 있다.

평균 방향과 순간 움직임

관을 따라 평균적으로 한 방향으로 흐르더라도 유체의 일부는 옆 방향이나 회전하는 방향으로 움직일 수 있다. 난류에서는 이런 변동이 혼합에 기여한다. 평균 유속 하나만으로 모든 순간의 운동을 나타낼 수는 없다.

빠르다는 말만으로 충분한가

속도는 중요한 조건이지만 유체의 밀도와 점성, 장치의 크기와 형상도 함께 영향을 준다. 느려 보이는 큰 규모의 흐름과 빠르게 움직이는 작은 규모의 흐름을 속력만으로 비교하면 오해하기 쉽다. 레이놀즈 수는 이러한 조건을 묶어 비교하는 지표다.

정상 상태와의 관계

난류의 순간적인 속도는 변동할 수 있지만 적절히 평균한 유동 성질은 시간에 따라 일정하게 유지될 수 있다. 따라서 정상 상태라는 공정 설명과 모든 순간의 유속이 변하지 않는다는 설명을 구별해야 한다. 어느 수준에서 평균과 변동을 다루는지 밝혀야 한다.

기본식의 가정을 확인한다

층류를 전제로 얻은 마찰이나 유량 관계를 난류에 그대로 적용할 수는 없다. 반대로 난류라고 해서 질량 보존과 에너지 보존이 없어지는 것은 아니다. 보존 법칙은 유지하면서 변동과 혼합 및 손실을 반영하는 모형이 필요하다.

관련 문서

층류 / 레이놀즈 수 / 유량 / 점성 / 정상 상태 / 연속 방정식 / 유체 / 베르누이 방정식