Experimento de Reynolds: Flujo laminar y turbulento

.El dispositivo utilizado para verificar el tipo de flujo fue diseado por Reynolds y consiste en los siguiente:

Desde un estanque de agua mantenida a nivel constante mediante un rebalse, se alimentaba un tubo circular de vidrio a travs de una boquilla redondeada que eliminaba toda perturbacin en entrada. Un inyector permita agregar colorante en cualquier punto de entrada, sin perturbar el flujo. Reynolds observ que poda lograr dos regmenes de flujo completamente diferentes, dependiendo de la magnitud de la velocidad:

Experimento de Reynolds: Flujo laminar y turbulentoPara velocidades pequeas, se cumple en todo el modelo de flujo laminar: Las trayectorias observadas mediante inyeccin de colorante eran perfectamente rectas; la medicin de las velocidades daba el perfil parablico; la prdida de carga H creca proporcionalmente a la velocidad media v, en conformidad a las ecuaciones de flujo laminar,

Para velocidades altas, cambiaba la naturaleza del flujo: las trayectorias se hacan sinuosas e irregulares, cambiando continuamente con el tiempo; la medida del promedio temporal de la velocidad indicaba un perfil casi uniforme de velocidades; la prdida de carga creca con el cuadrado de la velocidad media V.

Experimento de ReynoldsEste es el llamado flujo turbulento, que en trminos cinemticos puede concebirse como la superposicin de un flujo medio estacionario en la direccin principal y de todo un rango de remolinos, de variado tamao y velocidad angular que se desplaza junto con el fluido. En la figura muestra esquemticamente las trayectorias emanadas de un punto de flujo laminar y turbulento

Experimento de Reynolds: Flujo laminar y turbulentoRepitiendo sus mediciones para diferentes condiciones, Reynolds logr establecer un criterio cuantitativo para predecir la aparicin de uno y otro rgimen: el producto adimensional (VD/). El valor lmite es aproximadamente 2000, de modo que:Para VD/< 2000 : flujo laminarPara 2000

Experimento de Reynolds: Flujo laminar y turbulentoEl valor lmite 2000 para Re se denomino nmero de Reynolds crtico; es un valor aproximado, que puede variar en diferentes instalaciones dependiendo de los muchos detalles que pueden perturbar el flujo.

Naturalmente, para flujos de otras geometras tambin se presenta la distincin entre rgimen laminar y turbulento, pero el nmero de Reynolds crtico toma otros valores.

Se han hecho intentos para encontrar una explicacin analtica de la aparicin de la turbulencia, examinando en forma matemtica la estabilidad de una solucin a las ecuaciones diferenciales del flujo laminar frente a una pequea perturbacin, por ejemplo de carcter sinusoidal. Se ha establecido de esta manera que valores altos de Re traen como consecuencia que la solucin sea inestable y de cualquier perturbacin se amplificada, originndose as un flujo catico, continuamente fluctuante.