Кіріспе

Сұйықтық бөлшектерінің қабаттардағы тегіс жолдарды ұстанған ағысы – ламинарлық ағыс ( /l//æ//m//ə//n//ə//r/ ) – сұйықтық динамикасындағы сұйықтық бөлшектерінің қабаттардағы тегіс жолдарды ұстанған қасиеті. Әр қабат көрші қабаттар арқылы тегіс қозғалады, араласу аз немесе мүлдем болмайды. Төмен жылдамдықтарда сұйықтық бүйірлік араласпай ағып кетеді, ал көрші қабаттар бір-бірінен тегіс сығады. Ағын бағытына перпендикуляр көлденең ағындар, сұйықтықтың айналуы немесе құйылуы болмайды. Ламинарлық ағыста сұйықтық бөлшектерінің қозғалысы өте реттелген, қатты бетке жақын бөлшектер сол бетке параллель түзу сызықтарда қозғалады. Ламинарлық ағын – жоғары импульстік диффузиямен және төмен импульстік конвекциямен сипатталатын ағын режимі. Сұйықтық құбыр сияқты жабық арна арқылы немесе екі жазық тақта арасында ағып жатқанда, сұйықтың жылдамдығы мен тұтқырлығына байланысты екі түрлі ағыс болуы мүмкін: ламинарлық немесе турбуленттік ағыс. Ламинарлық ағын төмен жылдамдықтарда, ағын турбулентті болатын шектен төмен кездеседі. Шектік жылдамдықты Рейнольдс саны деп аталатын ағынды сипаттайтын өлшемсіз параметр анықтайды, ол сұйықтықтың тұтқырлығы мен тығыздығына және арнаның өлшемдеріне де байланысты. Турбуленттік ағын – сұйықтық бөлшектерінің бұрандалары немесе кішкентай топтарымен сипатталатын, бүйірлік араласуды тудыратын ретсіз ағын режимі. Сыртқы беттердегі сұйықтық жүйелері үшін, мысалы, сұйықтыққа ілінген объектілер арқылы ағып өту үшін, объектінің айналасындағы ағын түрін болжау үшін Рейнольдс сандарының басқа анықтамаларын қолдануға болады. Мысалы, ағып жатқан сұйықтықтағы суспензиядағы бөлшектер үшін бөлшектік Рейнольдс саны Rep қолданылады. Құбырлардағы ағын сияқты, ламинарлық ағын әдетте төмен Рейнольдс санымен пайда болады, ал турбуленттік ағын және оған байланысты құбылыстар, мысалы, бұрқасын төгу, жоғары Рейнольдс санында пайда болады.

Мысалдар

Ламинарлы ағыстың кең таралған қолданылуы - тұтқыр сұйықтықтың түтік немесе құбыр арқылы тегіс ағысы. Мұндай жағдайда ағын жылдамдығы қабырғаларда нөлге жуықтап, ыдыстың көлденең қимасының ортасында максималды мәнге жетеді. Түтіктегі ламинарлы ағынның ағындылық профилін есептеу үшін ағын жұқа цилиндрлі элементтерге бөлінеді және оларға тұтқыр күш қолданылады. Тағы бір мысал – ұшақ қанатының үстінен ауа ағыны. Шекаралық қабат – қанаттың (және ұшақтың барлық басқа беттерінің) үстінде жатқан өте жұқа ауа қабаты. Ауаның тұтқырлығының арқасында, бұл ауа қабаты қанатқа жабысуға бейім. Қанат ауада алға жылғанда, шекаралық қабат бастапқыда қанаттың ағынды пішінімен тегіс ағып өтеді. Осы жерде ағын ламинарлы болады және шекаралық қабат ламинарлы қабатқа айналады. Прандтль 1904 жылы ламинарлы шекаралық қабат тұжырымын аэродинамикалық профилдерге қолданды. Күнделікті мысал – тегіс кедергінің үстінен баяу, тегіс және оптикалық мөлдір ағып жатқан су. Су аэраторсыз краннан аз күшпен шыққанда, бастапқыда ламинарлы ағын байқалады, бірақ гравитация күшінің әсерінен жылдамдату бірден басталып, ағынның Рейнольдс саны жылдамдықпен бірге артады, ал краннан төмен ағып жатқан судың ламинарлы ағыны турбуленттік ағысқа өтуі мүмкін. Осы жағдайда оптикалық мөлдірлік азаяды немесе толығымен жоғалады.

Ламинарлы ағынды кедергілер

Ламинарлық ауа ағыны ауа көлемдерін бөлуге немесе ауадағы қорықпастардың белгілі бір аймаққа енуін болдырмауға қолданылады. Ламинарлық ағынды шкафтар ғылымда, электроникада және медицинада сезімтал процестерді қорықпастардан қорғау үшін пайдаланылады. Ауа перделері коммерциялық орталарда есіктер арқылы жылы немесе салқындатылған ауаның өтуін болдырмау үшін жиі қолданылады. Ламинарлық ағынды реактор (ЛФР) – химиялық реакциялар мен процестердің механизмдерін зерттеу үшін ламинарлық ағын принципін пайдаланатын реактор. 1971 жылы Beall және авторлар тобы егеуқұйрықтарды ұстау үшін, ауруларды басқару мақсатында ламинарлық ағынды дизайнды әзірледі, ол бүкіл әлемде, соның ішінде сол кездегі Шығыс блогында стандартқа айналды.