عند النظر في البنية الداخلية لتدفق السوائل يتم التمييز بين نوعين مختلفين تماماً من التدفق الصفائح laminar والمضطرب turbulent حيث أثبت المهندس البريطاني أوزبورن رينولدز Osborne Reynolds لأول مرة وجود هذين النوعين من التدفق في تجاربه المعروفة على التدفقات عبر الأنابيب والتي أجراها في سبعينيات القرن التاسع عشر وثمانينيات القرن التاسع عشر ومن خلال حقن المجرى رفيع من الصبغة الملونة في الماء تمكن رينولدزمن ملاحظة أنماط الحركة داخل التدفق عند سرعات التدفق المنخفضة شوهدت الصبغة تنتقل كمسار واحد في خط مستقيم عبر الأنبوب ووصفها رينولدز بأنها التدفق المباشرالمعروف الآن باسم التدفق الصفائح أو اللزج viscous ففي التدفقات الصفائح يتحرك السائل كسلسلة من الطبقات التي تنزلق فوق بعضها البعض ويمكن تصور ذلك على أنه يشبه إلى حد ما الطريقة التي تنزلق بها مجموعة من الطبقات layers فوق بعضها البعض عند تطبيق إجهاد القص shear stress إذ تميل السوائل عالية اللزوجة مثل الزيت أو العسل الأسود إلى إظهارتدفق الصفائح بسبب مقاومتها العالية للتشوه ويمكن ملاحظة ذلك من خلال الطريقة ملساء smooth التي تتدفق بها هذه السوائل على السطح عند سكبها بلطف فالماء لديه لزوجة منخفضة نسبيا لذلك الصفائح يحدث التدفق فقط بسرعات تدفق منخفضة جداً وجد رينولدز أن نوعاً ثانياً مختلفاً تماماً من التدفق يحدث بسرعات أعلى وعلى النقيض من تدفقات الصفائح ، تطورت سلسلة من الحركات الدوامية الأفقية والرأسية، مما أدى إلى تشتيت الصبغة في جميع أنحاء التدفق وصفه رينولدز بأنه متعرج sinuous، وقد أطلق لورد على سلوك التدفق هذا فيما بعد اسم التدفق المضطرب turbulent flow لورد كالفن Lord Kelvin داخل جسم التدفق ثلاثي الأبعاد، يمكن أن تكون الحركة في أي اتجاه: عمودياً للأعلى أو للأسفل، أو جانبياً أو للأعلى، أو للأسفل أو أي مزيج من هذه الاتجاهات وجد رينولدز أنه مع تغير التدفقات من الصفائح إلى المضطرب، فهو نوع تدفق انتقالي فالشكل 7.3 تم تطوير رسم توضيحي للهبوط الهيدروليكي والقفز الهيدروليكي، مع زيادة شدة الاضطراب عندما أصبح التدفق مضطرباً بالكامل.

من الواضح وجود نوعين مختلفين من سلوك التدفق ما لم يكن واضحاً تماماً هو كيف يمكن التنبؤ بالانتقال بين هذه التدفقات، حيث أن السرعة ليست سوى واحدة من عدد من المتغيرات التي تتحكم في سلوك التدفق وأجرى رينولدز تجارب أخرى باستخدام سوائل مختلفة وأنابيب مختلفة أقطار ومن هذه التجارب اشتق معادلة لتحديد الانتقال من الجريان الصفائح إلى الجريان المضطرب كدالة لمعامل واحد وهو رقم رينولدز (Re) عند أرقام رينولدز المنخفضة يحدث التدفق الصفائح، وعند القيم المرتفعة يحدث التدفق المضطرب، ويعد مفهوم رقم رينولدز أساسياً لكثيـر مـن ديناميكيات الموائع الحديثة، ويتم حسابها باستخدام معادلة رينولدز Reynolds equation ، التي تعبر عن النسبة بين قوى القصور الذاتي وقوى اللزوجة inertial and viscous forces المؤثرة على السائل القصور الذاتي لجسم ما في هذه الحالة جسم من الماء المتدفق يتم تعريفه من خلال كتلته ويحدد القصور الذاتي مدى صعوبة تحريك شيء ما هنا بدء التدفق here to initiate flow ولكن أيضاً مدى صعوبة إيقافه أو إبطائه أو تغيير اتجاهه بمجرد أن يبدأ في الحركة فكلما زادت كتلة الماء زاد القصورالذاتي لديه فالسوائل الأكثر كثافة من الماء (مثل الزئبق mercury) لديها قصور ذاتي أكبر لأن كتلتها لكل وحدة حجم أكبر وتزداد القوى أيضاً مع السرعة تعمل ضد قوى القصور الذاتي قوى لزجة تقاوم تشوه السوائل وتدفقها يتم تحديد لزوجة السائل من خلال تركيبه على المستوى الجزيئي إذ يجب بذل جهد لتحريك الجزيئات بعضها فوق بعض فعوامل مثل انتظام تؤثر الأشكال الجزيئية وقوة الجذب بين الجزيئات على الطريقة التي يستجيب بها السائل للتشوه فكلما كان السائل أكثر لزوجة زادت مقاومته للتشوه وقل تدفقه بسهولة يتم الحصول على رقم رينولدز ، Re . من خلال

حيث: Re = رقم رينولدزv = متوسط سرعة التدفق R = نصف القطر الهيدروليكي r = كثافة السوائل وn اليونانية الحرف nu، والذي يبدو بشكل مربك مثل (v) = اللزوجة الحركية عند أرقام Re المنخفضة أقل من 500 تهيمن قوى اللزوجة ويكون التدفق صفيحي عندما تكون قوى القصور الذاتي هي المهيمنة بأرقام إعادة أكبر من (2100) يكون القصور الذاتي للمياه المتدفقة أكثر أهمية بكثيرمن قوى اللزوجة التي تقاوم ذلك تحدث حركة وتدفق مضطرب يحدث الانتقال بين التدفق الصفيحي والمضطرب بين قيم Re البالغة 500 و 2000 عدد رينولدز ليس له أبعاد وليس لديه وحدات وعندما يتم ضرب السرعة (بالملي ثانية ) ونصف القطر الهيدروليكي (م) معـاً تكون الوحدات الناتجـة هـي الثانية وحدات m اللزوجة الحركية هي أيضاً m، لذلك عندما يتم حساب رقم رينولدز، يتم إلغاء الوحدات.

مواضيع ذات صلة

المسيلات Rills

أنواع تحرك المواد Types of mass movement

التعرية أو التآكل المائي على منحدرات التلال water Erosion On Hillslopes

نظم التدفق السنوي annual flow regimes

الفيضانات Flood

التدفق دون الحرج والحرج وفوق الحرج Subcritical, critical and supercritical flow

التجوية weathering

سرعة التدفق Flow velocity

فصل التدفق Flow separation

تقييم مخاطر الفيضانات Flood hazard assessment

ضوابط الحوض الخارجي The external basin controls

القوى الدافعة ومقاومة تدفق المياهForces driving and resisting the flow of water