Kaymazlık koşulu

Akışkanlar dinamiğinde, kaymazlık koşulu (), bir viskoz akışkanın hareketinin incelenmesinde, akışkanın sınırlarındaki hızının bu sınırı oluşturan sıvı ya da katının hızına eşit olmasını zorunlu kılan bir sınır koşuludur.

Bu sınır koşulu ilk olarak, ünlü boru akışı deneylerini gerçekleştirirken bu davranışı gözlemleyen Osborne Reynolds tarafından önerilmiştir. Bu sınır koşulunun biçimi, bir Dirichlet sınır koşulu örneğidir.

Akışkanlar mühendisliği ile ilgili çoğu akışta, kaymazlık koşulu genellikle katı sınırlarda kullanılır. Bu koşul, Newtoncul olmayan davranış sergileyen sistemlerde sıklıkla başarısız olur.

Bu koşulun başarısız olduğu akışkanlar arasında mayonez veya erimiş peynir gibi yüksek yağ içeriğine sahip yaygın gıda maddeleri bulunur.

 Fiziksel gerekçe 
Kaymazlık koşulu, birçok makroskobik deneyi modellemede yararlı olmuş ampirik (deneysel) bir varsayımdır. 

Bu koşul, 19. yüzyılda tartışma konusu olan üç alternatiften biriydi; diğer ikisi durgun katman (akışkanın geri kalanının üzerinde aktığı ince bir durağan akışkan tabakası) ve kısmi kayma (katı ve akışkan arasında sonlu bir bağıl hız) sınır koşullarıydı.

Ancak, 20. yüzyılın başlarında, eğer kayma varsa bile bunun ölçülemeyecek kadar küçük olduğu genel olarak kabul edilmiştir. Durgun katmanın çok ince olduğu, kısmi kaymanın ise makroskobik ölçekte ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğu düşünülmüştür.

Temel prensiplerden (first principles) türetilmemiş olsa da, kaymazlık davranışını açıklamak için iki olası mekanizma sunulmuştur ve farklı koşullar altında biri veya diğeri baskın olmaktadır. İlki, yüzey pürüzlülüğünün, yüzey düzensizlikleri üzerindeki viskoz dağılım yoluyla akışkanı durağan hale getirmekten sorumlu olduğunu savunur. İkincisi, akışkan moleküllerinin yüzeye çekilmesi ile ilgilidir. Adhezyon, kohezyondan daha güçlü olduğunda yüzeye yakın parçacıklar akışla birlikte hareket etmez. Akışkan-katı arayüzünde, akışkan parçacıkları ile katı parçacıkları arasındaki çekim kuvveti (adhezyon kuvvetleri), akışkan parçacıkları arasındaki çekim kuvvetinden (kohezyon kuvvetleri) daha büyüktür. Bu kuvvet dengesizliği, akışkan hızının hareketsiz bir katı yüzeyin hemen bitişiğinde sıfır olmasına neden olurken, hareketsiz yüzeyden uzaklaştıkça hız akışın hızına yaklaşır.

Bir akışkan durgun haldeyken, molekülleri rastgele bir hızla sürekli hareket eder. Akışkan akmaya başladığında, rastgele harekete bazen yığın hız (bulk velocity) olarak adlandırılan ortalama bir akış hızı eklenir. Akışkan ile katı yüzey arasındaki sınırda, akışkan molekülleri ile yüzey atomları arasındaki çekim, yığın hızını sıfıra düşürecek kadar güçlüdür. Sonuç olarak, akışkanın yığın hızı duvardan uzaktaki değerinden duvarda sıfıra doğru azalır.

 Kaymazlık davranışı 
Kaymazlık koşulu ampirik bir gözlem olduğundan, başarısız olduğu fiziksel senaryolar mevcuttur. Yüksek irtifa atmosferik gazlarının akışları dahil olmak üzere yeterince seyreltik akışlar (rarefied flows) ve mikro ölçekli akışlar için kaymazlık koşulu hatalıdır. Bu tür örnekler için, bu değişim artan Knudsen sayısı (artan seyreltiklik anlamına gelir) ve sürekli ortam yaklaşımının kademeli olarak geçerliliğini yitirmesi ile yönlendirilir.

Genellikle akışkan kaymasını modellemek için kullanılan birinci dereceden ifade (Navier kaymazlık sınır koşulu olarak da bilinir) şu şekilde ifade edilir:

burada  duvara normal koordinat,  ortalama serbest yol ve , yaklaşık olarak 1 mertebesinde olan kayma katsayısı olarak bilinen bir sabittir. Alternatif olarak,  kayma uzunluğu olarak tanıtılabilir. Radikaller eklenmiş karbon nanotüpler gibi bazı oldukça hidrofobik yüzeylerin de sıfır olmayan ancak nano ölçekli bir kayma uzunluğuna sahip olduğu gözlemlenmiştir.

Kaymazlık koşulu viskoz akışların modellenmesinde neredeyse evrensel olarak kullanılırken, sınır tabakalarının etkisinin ihmal edildiği viskoz-olmayan akışların temel analizlerinde bazen 'nüfuz etmeme koşulu' (duvara normal akışkan hızının bu yöndeki duvar hızına ayarlandığı, ancak duvara paralel akışkan hızının kısıtlanmadığı durum) lehine ihmal edilir.

Kaymazlık koşulu, viskoz akış teorisinde temas hatlarında (iki akışkan arasındaki arayüzün katı bir sınırla buluştuğu yerler) bir sorun teşkil eder. Burada, kaymazlık sınır koşulu, temas hattının konumunun hareket etmediğini ima eder, ancak gerçekte bu gözlemlenmez. Kaymazlık koşulu ile hareketli bir temas hattının analizi, entegre edilemeyen sonsuz gerilmelerle sonuçlanır. Temas hattının hareket hızının, temas hattının katı sınırla yaptığı açıya bağlı olduğuna inanılmaktadır, ancak bunun arkasındaki mekanizma henüz tam olarak anlaşılamamıştır.

 Ayrıca bakınız 

 Sınır tabakası
 Rüzgar gradyanı
 Kayma gerilmesi

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 
 Kaymazlık Koşulu, ScienceWorld (İngilizce)
 Bir akışkanın yüzey yakınında davranışı (İngilizce)
 Baca akış grafiği videosu

Kategori:Akışkanlar dinamiği
Kategori:Sınır koşulları