Akış Çeşitleri Nelerdir? Akışların Sınıflandırılması

Akışkanlar mekaniği, akışların hareketi sırasında veya durağan halindeki davranışıyla ve diğer akışkanlar veya katılarla etkileşimini inceleyen bir bilim dalıdır. Bu çerçevede doğada birçok akış türü vardır ve bunların ayrı ayrı incelenmesi gerekir. Bu yazımızda akış çeşitleri ve akışların sınıflandırılması konularını sizlere sade bir şekilde derledik.

Akış Çeşitleri Nelerdir?

Viskozite Nedir? Viskoz ve Viskoz Olmayan Akışlar

Akış çeşitleri içerisinde viskoz ve viskoz olmayan akışlar, akış analizlerinde çok önemlidir. Farklı hızlarda hareket eden iki akışkan tabakası arasında bir sürtünme kuvveti meydana gelir. Yavaş hareket eden akış tabakası, daha hızlı hareket eden akış tabakasını yavaşlatmaya çalışır. Akışa karşı meydana gelen bu iç dirence viskozite adı verilir. Viskozite sıvılarda moleküller arası çekim kuvvetinden dolayı meydana gelirken, gazlarda ise moleküllerin çarpışmalarından dolayı oluşur.

Sürtünme etkilerinin önemli olduğu akışlara viskoz akışlar denir. Akış bölgelerinde en fazla viskozite katı yüzeyinde veya yüzeye yakın bölgelerde meydana gelir. Yüzeyden uzak yerlerde viskozite ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Viskozitenin ihmal edilebilecek kadar düşük olduğu akışlara viskoz olmayan akışlar denir.

Aşağıdaki görseldeki geometri etrafında meydana gelen bir akış alanı içerisinde viskoz ve viskoz olmayan akış bölgelerini görebilirsiniz.

İç ve Dış Akışlar

Akış çeşitleri arasında en kolay anlayabileceğiniz akışlar iç ve dış akışlar olarak öne çıkar.

İç Akışlar

İç akışlar, katı yüzeyler ile tamamen sınırlandırılan bir alanda gerçekleşir. Örneğin, boru içerisinden akan bir sıvı veya havalandırma sistemlerindeki gibi bir kanal içerisinde akan bir gaz akışı iç akış çeşitleri için güzel örneklerdir. İç akışlar, tüm akış bölgelerinde viskozitenin etkisi altındadır. Çünkü akış hemen hemen her bölgede katı bir yüzey ile temas halindedir.

Dış Akışlar

Bir akışkan bir plaka üzerinden, top veya bir tel etrafından herhangi bir sınır olmaksınızın akıyorsa bu akış dış akıştır. Örneğin, uçak, top ve mermi gibi cisimlerin etrafında oluşan hava akımı dış akış çeşitleri için güzel örneklerdir. Dış akışlarda viskoz etkiler, katı yüzeyine yakın bölgelerde yoğundur.

Sıkıştırılabilir ve Sıkıştırılamaz Akışlar

Sıkıştırılabilirlik akışların sınıflandırılması konusunda önemli bir parametredir. Akış çeşitleri belirlenirken bu parametre sıklıkla kullanılır. bir akışın, akış boyunca yoğunluğunda meydana gelen değişme miktarı bize akışın sıkıştırılabilir veya sıkıştırılamaz olduğunu söyler.

Sıkıştırılamaz Akış

Eğer akış sırasında, akışkanın yoğunluğu her bölgede sabit kalıyorsa, akış sıkıştırılamaz akış olarak sınıflandırılır. Bu sebepten de akış veya akışkan sıkıştırılamaz kabul ediliyorsa, akışkanın hacmi hareketi süresinde değişikliğe uğramaz.

Sıvıların yoğunluğu genellikle sabittir bundan dolayı da sıvıların sıkıştırılamaz maddeler olarak değerlendirilmesi normaldir.

Sıkıştırılabilir Akış

Akışkanın, akış esnasında yoğunluğunda büyük miktarda değişim meydana geliyorsa akış, sıkıştırılabilir akış olarak değerlendirilir. Gazların sıkıştırılabilirlik oranı oldukça yüksektir. Örneğin 0,01 atm değerinde bir basınç farkı, havanın yoğunluğunda atmosfer şartlarında %1’lik bir değişime sebep olur.

Sıvılar büyük çoğunlukla sıkıştırılamaz kabul edilir. Fakat gaz akışlarında akışın sıkıştırılabilir veya sıkıştırılamaz olarak değerlendirilmesi Mach sayısına bağlıdır.

Ma = V/c = Akış Hızı/Ses Hızı

Mach sayısı formülü yukarıdaki gibidir. Ses hızı deniz seviyesinde ve oda sıcaklığında 346 m/s olarak kabul edilir. Ma<0,3 olduğu durumlarda yani akış hızının 100 m/s altında olduğu akışlar sıkıştırılamaz olarak kabul edilir. Bunun dışındaki gaz akışları sıkıştırılabilirdir.

Laminer ve Türbülanslı Akışlar

Akışlar bazı zamanlarda geometriye ve akışın türüne bağlı olarak çalkantılı, düzensiz veya da çalkantısız düzenli olarak bulunurlar. Bu tarz akış çeşitleri laminer ve türbülanslı akışlar olarak bilinir.

Laminer Akışlar

Akış herhangi bir çalkantıya uğramadan düzenli bir şekilde akarsa buna laminer akış denir. Örneğin, yağ gibi yüksek viskoziteli akışkanların düşük hızlı akışı genellikle laminerdir.

Türbülanslı Akışlar

Genellikle yüksek hızlı akışlarda görülen çalkantılı düzensiz akışkanlara da türbülanslı akış denir. Örneğin, hava gibi düşük viskoziteye sahip akışkanların yüksek hızlı akışına türbülanslı akış denir.

Laminer ve türbülanslı akışın arasında sürekli değişim gösteren akışa da geçiş akışı adı verilir.

Doğal ve Zorlanmış Akışlar

Akışın oluşturulduğu etkene bağlı olarak akış, doğal veya zorlanmış akışlar olarak nitelendirilir.

Doğal Akış

Isınan akışkanın yükselmesi ve soğuk akışkanın alçalması gibi kendiliğinden doğal olarak oluşan akışlara doğal akış denir. Örneğin güneş enerjili su ısıtma sistemlerinde pompa yerine, çoğunlukla depo güneş kollektöründen yeterince yükseğe yerleştirilerek oluşan termosifon etkiden yararlanılır.

Zorlanmış Akışlar

Akış hareketini başlatan doğal olmayan bir etki varsa bu akışa zorlanmış akış denir. Pompa veya fan gibi makinelerle akışkan bir boru içerisinden veya belirli bir yüzey üzerinden akmaya zorlanması bu akış tipine örnektir.

Daimi ve Daimi Olmayan Akışlar

Daimi ve üniform olarak adlandırılan bu terimler mühendislik uygulamalarında çok sık kullanıldıklarından anlamlarının iyi öğrenilmesi gerekmektedir. Akış çeşitleri belirlenip akışların sınıflandırılması yapılırken akışın zamana bağlı değişip değişmediği oldukça önemlidir.

Daimi Akış

Daimi akış çeşitleri, belirli bir alanda akışın özelliklerinde belirli bir zaman içersinde hiçbir değişiklik olmadığını ifade eder.

Daimi Olmayan ve Üniform Akış

Akışın özellikleri belirli bir zaman içerisinde değişiyorsa bu akışa daimi olmayan akış denir. Üniform terimi de belirli bir bölgede konuma bağlı herhangi bir değişimin olmadığını ifade eder.

Daimi akış şartları, türbinler, pompalar, kazanlar, yoğuşturucular ve güç santrallerinde veya soğutma sistemlerine ait ısı değiştiricileri gibi sürekli olarak çalışması için tasarlanan makineler için daha uygundur.

Diğer yandan ise pistonlu motorlar veya kompressörler gibi çevrimli çalışan bazı cihazlar, daimi akış koşullarını sağlayamaz. Bu makinelerdeki gerçekleşen akış koşulları, daimi olmayan akış için uygundur.

Yukarıdaki görselde anlık olarak çekilen (a) fotoğrafı daimi olmayan akış, uzun pozlama ile çekilmiş (b) fotoğrafı ise daimi akış görünümüne güzel bir örnektir.