પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહ (turbulent flow)

February, 1999

પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહ (turbulent flow) : વેગ અને દબાણમાં અનિયમિત રીતે ફેરફાર થતા હોય તેવી તરલ ગતિ. પવન અને નદીના પ્રવાહ જેવા ઘણાખરા કુદરતી પ્રવાહો પ્રક્ષુબ્ધ હોય છે.

રેનોલ્ડ આંક છે; જ્યાં ρ તરલની ઘનતા; v તરલનો વેગ; η તરલનો શ્યાનતા ગુણાંક (co-efficient of viscosity) અને D નળીનો વ્યાસ છે.

NRનું મૂલ્ય 3,000 કે તેથી વધુ થાય ત્યારે પ્રવાહ પ્રક્ષુબ્ધ બને છે. ક્ષણ માટે સરેરાશ વેગ અને સરેરાશ દબાણ લેવામાં આવે તો પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહ તે પૂરતો સ્થિર પ્રવાહ ગણાય. પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહમાં વેગ અને દબાણનું વિતરણ તેમજ ઊર્જાનો ક્ષય (loss) પ્રક્ષુબ્ધ વઘઘટને આધારે નક્કી કરી શકાય છે.

યાર્દચ્છિક (random) વધઘટ (fluctuation) એ પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહનું આવશ્યક લક્ષણ છે. આથી પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહને લગતી સમસ્યાના ઉકેલ માટે આંકડાશાસ્ત્રીય યાંત્રિકી(statistical mechanics)નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. યાર્દચ્છિક ગતિ દ્વારા બળનું સ્થાનાંતરણ (transfer) એ પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહની મહત્વની ઘટના છે. સ્તરીય પ્રવાહમાં આણ્વિક ક્રિયાવિધિને લીધે થતા સ્થાનાંતરણના દર કરતાં ઉષ્મા-સ્થાનાંતરણ, અવરૂપક (shearing) પ્રતિબળ અને વિસરણ (diffusion) જેવા પ્રક્ષુબ્ધ સ્થાનાંતરણનો દર ઘણો વધારે હોય છે.

પ્રક્ષુબ્ધ ગતિમાં તરલને સમગ્રપણે સરેરાશ આણ્વિક ગતિવાળા સાતત્યક (continuous) તરીકે સ્વીકારવા છતાં પ્રક્ષુબ્ધ ગતિની વઘઘટનો સરેરાશ ગતિ ઉપર સંપાત કરવામાં આવે છે. સરેરાશ ગતિ અને પ્રક્ષુબ્ધ વધઘટને અલગ કરવાની ક્રિયા પ્રક્ષુબ્ધતાના માપક્રમ (scale) ઉપર આધાર રાખે છે. જુદા જુદા માપક્રમ ઉપર પ્રક્ષુબ્ધ પ્રવાહનું જુદું જુદું વર્ણન હોય છે. પ્રક્ષુબ્ધતાનો માપક્રમ નક્કી કર્યા પછી વેગના તાત્ક્ષણિક ઘટક Uiને નીચેના સમીકરણ વડે અપાય છે :

અહીં Ui એ કુલ તરલ વેગનો i મો ઘટક;  એ સરેરાશ વેગનો ઘટક અને  એ પ્રક્ષુબ્ધ વધઘટના વેગનો i મો ઘટક છે.

આનંદ પ્ર. પટેલ