Hidrolik #04 | Boru Hidroliği: Laminer ve Türbülanslı Akış, Reynolds Sayısı, Giriş Bölgesi

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Açılışta 3D animasyonda Osborne Reynolds'un 1880'lerdeki deneyi var: sabit seviyeli bir depodan çıkan 50 mm'lik cam boru ve girişte ince bir iğneden verilen kırmızı boya. Vana az açıkken boya düz, ince bir çizgi; biraz daha açınca çizgi dalgalanıyor; daha da açınca boya kısa sürede bütün boruya yayılıyor. Aynı boru, aynı su; değişen yalnız hız. Her hesap adım adım, hiçbir işlem atlanmadan. Bu derste: - Boru hidroliğine giriş: suyu isale hatları ve şebekelerde borular taşır; daire kesit büyük basınç farklarına biçimi bozulmadan dayanır. - Ortalama hız = debi / kesit alanı; kaymama koşulu, cidarda sıfır hız. Tam gelişmiş laminer akımda parabolik dağılım ve ortalama hız en büyük hızın yarısı; türbülanslıda dağılım çok daha düz. - Reynolds sayısı Re = VD/ν: atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere oranı. Daire kesitte kritik değer 2300; 2300'ün altı laminer, 4000'in üstü türbülanslı, arası geçiş. - Deneyin hızları 2.5, 6 ve 15 cm/s → Re 1245, 2988 ve 7470 (20 °C su): laminer, geçiş, türbülanslı. - Örnek: 200 mm'lik isale hattı, 40 L/s, 10 °C → A = 0.0314 m², V = 1.27 m/s, Re ≈ 195 bin: türbülanslı. Laminer kalması için hız 1.5 cm/s'nin altında olmalıydı. - Hidrolik çap 4A/p: dolu akan 1.2 × 0.8 m kutu menfezde 0.96 m; 2 m × 0.5 m açık kanalda (serbest yüzey çevreye girmez) 1.33 m. - Giriş bölgesi ve sınır tabakası: laminerde L ≈ 0.05 Re D, türbülanslıda pratikte ≈ 10 D. Deneyde 3.1 m (boru 2 m), isale hattında ≈ 5.7 m: uzun hatlarda ihmal edilir. - Üç tuzak: Re'de çapı milimetreyle yazmak (195 milyon), şebeke akımını laminer sanmak, açık kanalda serbest yüzeyi ıslak çevreye katmak (0.8 m yerine 1.33 m). Bölümler: 0:00 Boru Hidroliğine Giriş 0:31 Reynolds Deneyi 1:06 Ortalama Hız 1:32 Reynolds Sayısı ve Akım Rejimleri 2:19 Örnek: İsale Hattı 3:00 Hidrolik Çap 3:38 Giriş Bölgesi 4:26 Üç Tuzak 4:55 Özet Bir sonraki derste laminer boru akımını çözecek, sürtünme kaybını ve Darcy–Weisbach bağıntısını göreceğiz. Kaynak kitap: Y. A. Çengel, J. M. Cimbala, Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications, 3. baskı (McGraw-Hill, 2014), Bölüm 8-1, 8-2 ve 8-3; suyun özellikleri Tablo A-3'ten. Konu sırası ve tanımlar kitaptan alındı; deney görselleştirmesi, örnekler ve sayılar özgündür. İnşaat Mühendisliği öğrencileri için Hidrolik serisinin dördüncü dersi. Ön koşul: Hidrolik #1–#3.