הדמיית זרימה
הדמיית זרימה (באנגלית: Flow visualization) בדינמיקת נוזלים, היא שיטה שמטרתה להפוך דפוסי זרימה (סביב גופים) לנראים, ובכך לדלות מידע איכותי או כמותי אודותם.
סקירה
[עריכת קוד מקור | עריכה]ניתן להבין את הדמיית הזרימה ברמות שונות. ברוב הנוזלים השקופים (אוויר, מים וכדומה) לא ניתן יהיה לראות את דפוסי הזרימה סביב גופים מבלי להשתמש בשיטות או אמצעים מתאימים.
ברמה התאורטית, ידועים לנו המשוואות השלטות בתנועת הנוזלים (משוואות נאוויה-סטוקס), אך הן משוואות דיפרנציאליות חלקיות ולא ליניאריות, ובשל סיבוכן הרב מעט פתרונות שימושיים להן. ניתן אמנם לפותרם באמצעות מחשבים מודרניים ולקבל בסופו של דבר תוצאה מספרית, אולם תוצאות אלו עשויות להיות מרוחקות מהטבע, וחובה לאמתן בניסויים.
היבט נוסף של משוואות אלו הוא הצלחה בחיזוי תבניות זרימה של נוזלים ברמות שונות. תבניות כגון אלו מוכרות לכולנו:
מערבולות בעת ריקון אמבטיה, טורנדו, טבעות עשן, ענני עשן בצורת פטריה (לרב מתגובה לפיצוץ), חוטים ה"שורקים" ברוח חזקה וקריסות גשרים.
שיטות הדמיה
[עריכת קוד מקור | עריכה]בניסויים מתחום מכניקת הנוזלים ניתן לדמות זרימה בשלוש דרכים:
- הדמיית משטח זרם: חושפת רצף של קווי זרימה בקצוות הגוף. שמן צבוע המוכנס לדופן מנהרת רוח, מספק דוגמה טובה לכך. השמן מגיב למאמץ גזירה הפועל על המשטח ויוצר תבנית זרימה.
- מעקב אחר מסלול הזרימה (של חלקיק): ניתן להוסיף לנוזל חלקיקים כמו עשן כדי לעקוב אחר תנועתו, ובנוסף להאיר חלקיקים אלו באמצעות יריעת לייזר, על מנת לאפיין את תבנית הזרימה. בדרך זו ניתן גם למדוד את מהירות הזרימה של החלקיקים (לדוגמה, באמצעות שחזור שדה מהירות מתמונות חלקיקים עוקבי זרימה) ונקודות חיכוך בתווך.
- שיטות אופטיות: בחלק מהזרימות ניתן לאפיין את דפוס הזרימה על פי שינויים במקדם השבירה. לדוגמה, שיטות כגון: שדוגרפיה, אינטרפרומטריה, ושיטת תצלום שלירן. בצורה דומה, ניתן להוסיף גוונים (לרוב נוזליים) לזורם כדי למדוד ריכוזים וצפיפויות חומרים.
יישומים
[עריכת קוד מקור | עריכה]בדינמיקת נוזלים חישובית, פתרון מספרי למשוואות המרכזיות עשוי לספק את כל תכונות המרחב והזמן של החומר. כמות עצומה של מידע מעין זה צריכה לקבל מימוש מעשי ולכל הפחות חזותי. לכן הדמיית זרימה חשובה בפן החישובי באותה מידה כמו הפן הניסויי בדינמיקה נוזלית.
הפניות
[עריכת קוד מקור | עריכה]- Merzkirch, W. (1987). Flow visualization. New York: Academic Press. ISBN 0124913512.
- Van Dyke, M. (1982). An album of fluid motion. Stanford, CA: Parabolic Press. ISBN 0915760037.
- Samimy, M.; Breuer, K. S.; Leal, L. G.; Steen, P. H. (2004). A gallery of fluid motion. Cambridge University Press. ISBN 0521827736.
- Settles, G. S. (2001). Schlieren and shadowgraph techniques: Visualizing phenomena in transparent media. Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3540661557.
- Smits, A. J.; Lim, T. T. (2000). Flow visualization: Techniques and examples. Imperial College Press. ISBN 1860941931.
