Lineas de corriente
Las lineas de corriente son útiles como indicadores de la dirección instantánea del movimiento del fluido en todo el campo de flujo. Por ejemplo, las regiones de recirculación del flujo y de separación de un fluido de una pared sólida se identifican con facilidad por el patrón de lineas de corriente. Las lineas de corriente no se pueden observar directamente de manera experimental, excepto en los campos de flujo estacionario, en los cuales coinciden con las lineas de trayectoria y las lineas de traza.
Tubo de corriente
Un tubo de corriente consta de un haz de lineas de corriente, de forma muy semejante en la que un cable de comunicaciones consta de un haz de cables de fibras ópticas. Dado que las lineas de corriente son en todo punto paralelas a la velocidad local, por definición de un fluido no puede cruzar una linea de corriente. Por extensión, el fluido que se encuentra dentro del tubo de corriente deben permanecer allí y no puede cruzar la frontera de este. Se debe tener presente que tanto las lineas de corriente como los tubos de corriente son cantidades instantáneas, definidas en un instante en particular según el campo de velocidad en ese instante. En un flujo no estacionario, el patrón de las lineas de corriente puede cambiar de manera significativa con el tiempo.
Lineas de trayectoria
Una linea de trayectoria es la trayectoria real recorrida por una partícula de fluido durante algún periodo, es decir, son patrones de flujo más fáciles de entender.Una linea de trayectoria es un concepto langraniano en el que sencillamente se sigue de una partícula de fluido con forme se desplaza en el campo de flujo. En un experimento físico, nos podemos imaginar una partícula trazadora del fluido marcada de alguna manera, mediante un color o haciéndola que brille, tal que se pueda distinguir con facilidad respecto de las partículas circundantes del fluido. Cuando se registra la trayectoria de la partícula; la curva resultante se llama línea de trayectoria.
Lineas traza
Las lineas traza constituyen el patrón de flujo más común generado en un experimento físico. Si se inserta un tubo pequeño en un flujo y se introduce una corriente continua de fluido trazador (tinte en un flujo de agua o humo en flujo de aire), el patrón que se observa es una linea de traza. En la siguiente figura se muestra un trazador que se inyecta en un flujo libre que contiene un objeto, como el borde delantero de un ala. Los círculos representan partículas separadas que se inyectan con fluido trazador, y que se liberan a intervalos uniformes. A medida que estas partículas son forzadas por el objeto a salir de su camino, se aceleran moviéndose a lo largo de la superficie de este, como lo indica la distancia incrementada entre cada una de estas partículas trazadoras en esa región. La linea de traza se forma al conectar todos los círculos por medio de una curva suave.
Regímenes
La palabra laminar proviene del movimiento de las partículas juntas adyacentes del fluido, en "láminas". Por lo tanto, el flujo intensamente ordenado de un fluido, caracterizado por capas no-alteradas de éste se menciona como laminar.
El flujo de los fluidos intensamente viscosos, como los aceites a bajas velocidades, por lo general es laminar.
Un flujo que se alterna entre laminar y turbulento se conoce como flujo de transición. Existen fluctuaciones intermitentes del fluido en un flujo laminar, aunque no es suficiente para caracterizar un flujo turbulento.
El movimiento intensamente desordenado de un fluido, que es común se presente a velocidades altas y se caracteriza por fluctuaciones en la velocidad se llama flujo turbulento. A diferencia del flujo laminar, el fluido no fluye en capas paralelas, la mezcla lateral es muy alta y hay una interrupción entre las capas.
Número de Reynolds
El número de Reynolds es la relación de fuerzas de inercia a fuerzas viscosas y es un parámetro conveniente para predecir si una condición de flujo será laminar o turbulento . Se puede interpretar que cuando las fuerzas viscosas son
dominantes (flujo lento, baja Re) son suficientes para mantener todas
las partículas de fluido en línea, entonces el flujo es laminar.
El número de Reynolds Re se forma con la razón de densidad velocidad característica (V) y longitud característica (L) a viscosidad (miu). De manera alternativa, es la razón de la velocidad y la longitud características a la viscosidad cinemática (v).
La transición de flujo laminar a turbulento depende la geometría, la rugosidad de la superficie, la velocidad del flujo, la temperatura de la superficie y el tipo de fluido. En 1880 Orborne Reynolds descubrió que el régimen de flujo depende principalmente de la razón de fuerzas inerciales a fuerzas viscosas en el fluido y se expresa para flujo interno en una tubería circular como:
en donde Vprom = velocidad de flujo promedio (m/s), D = es la longitud característica de la geometría (diámetro en este caso, m) y v = viscosidad cinemática del fluido (m^2/s). El número de Reynols es una cantidad adimensional.
A números grandes de Reynolds, las fuerzas inerciales que son proporcionales a la densidad del fluido y al cuadrado de la velocidad del fluido, son grandes en relación con las fuerzas viscosas, por lo tanto las fuerzas viscosas no pueden evitar ser aleatorias y rápidas fluctuaciones de fluido. Sin embargo, a números de Reynolds pequeños o moderados, las fuerzas viscosas son lo suficientemente grandes como para suprimir dichas fluctuaciones y mantener al fluido "en línea". Por lo tanto el flujo es turbulento en el primer caso y laminar en el segundo caso.
En la mayoría de las condiciones prácticas, el flujo en una tubería circular esta dado por diferentes números de Reynolds que se presentan a continuación:
