eddy

• akışkanlar mekaniğinde görülen girdap akımlarına verilen isimdir.
  
  akışkanların kullanıldığı her mühendislik sisteminde akış katı durağan bir yüzeyle temas halindedir. termodinamiğin ikinci kanunu nedeniyle her sistemde entropi artmak zorundadır ve entropi artışını sağlayan 2 terim mevcuttur, bunlar sistemle çevresi arasında oluşan ısı transferi ve sistemde oluşan tersinmezlik kaynaklı kayıplardır. sistemin adyabatik olduğunu varsayarak, tersinmezlik^* kaynaklı kayıpları inceleyelim.
  
  ısı transferinin aksine, tersinmezlik toplam sıcaklığı değil toplam basıncı düşürür. tersinmezliğin aslında 2 adet kaynağı vardır. bunlardan birisi sınır tabaka içinde yaşanan, hız gradyanı ile kesme gerilmesi tensörünün mnemönik çarpımından elde edilen ve ısı denkleminde visköz ısı disipasyonu olarak gösterilen terimdir. visköz ısı disipasyonu, mekanik enerjinin tersinmez bir şekilde ısı enerjisine çevrilmesi olayıdır. detaylı sınır tabaka açıklaması için (bkz: #57559875)
  
  diğer terim ise visköz kuvvetlere karşı baskın hale gelen, atalet ya da basınç kuvvetleri nedeniyle oluşan girdap akıntılarıdır, ki bunlar eddy akımları ya da kısaca eddy olarak adlandırılırlar. girdap akıntıları visköz kuvvetlerin hangi kuvvete karşı koyamaz hale geldiğine göre değişir.
  
  eğer visköz kuvvetler gelişen atalet kuvvetlerine karşı koyamaz hale gelmişse geçiş sınır tabaka ardından türbülanslı sınır tabaka oluşur. reynolds sayısına göre artmakla birlikte, türbülansla kinetik enerjinin bir kısmı girdap akıntılarına aktarılarak kaybedilir.
  
  ek bilgi: türbülanslı sınır tabakada ortalama hız gradyanının %80'i sınır tabakanın %20'lik kısmında gerçekleşir. bu nedenle türbülanslı sınır tabakada yüzeye ait kesme gerilmesi laminere nazaran çok daha yüksek olacaktır.
  
  türbülanslı sınır tabakadaki girdapların kötü yanları bunlar da bunun iyi bir yanı yok mu diyecek olursanız vardır. bu girdaplar nedeniyle akış laminer sınır tabakadaki gibi kademe kademe akmaz. bu nedenle türbülanslı sınır tabakada ısı transferi daha hızlı gerçekleşir. çünkü sıcaklığı farklı moleküller duvar eksenine dik hareket de yaptığından dolayı sıcak ve soğuk akıntılar sürekli bir dolaşım içinde olacaktır. bu nedenle boru içinde, sabit ısı akısında laminer akış için nusselt sayısı 48/11 iken türbülanslı akışta antifriz-su karışımı için otomobil radyatörlerinde 180-200 aralığına rahatlıkla çıkabilir. bu yüzden ısı değiştirgeçlerinde türbülanslı sınır tabaka daha kısa sürede elde edilmeye çalışılır.
  
  eğer visköz kuvvetler basınç kuvvetlerine karşı koyamaz hale gelmişse işler biraz daha dramatikleşir. aslında bazı uçak kazalarından turbo lag denen naneye kadar birçok olayın nedenidir bu durum ve sınır tabaka ayrılması veya akış ayrılması olarak adlandırılır. basınç kuvvetlerinin artması demek bernoulli denklemini ele alacak olursanız hızın düşmesi demek olacağından başlangıçta bu durum sınır tabakayı tekrar laminere çekeceğinden sürtünme katsayısını azaltır ki bu iyi bir şeydir fakat her zaman basınç gradyanını kontrol etmek bu kadar kolay olmaz. basınç gradyanı arttıkça sınır tabakada düşen hızlar önce sıfırlanacak daha sonra da resimdeki gibi geriye akmaya başlayacaktır. öyle bir durum oluşur ki, akış sanki katı yüzey havadaymış gibi yüzeyden uzak bir noktada sıfırlanmaya başlar ve geçmiş olsundur akış artık ayrılmıştır. bu noktada geriye giden akışla ileri giden akışın hız profili eksen boyunca artacak ve giderek büyüyen girdaplar oluşacaktır.
  
  bu girdapların oluştuğu bölgede basınç sabit kalacağından dolayı serbest akıntı buraya aktığında adeta bir duvara çarpmış gibi olacak akış ayrılması serbest akışı da zorlayacaktır. bu durum uçak motorlarının kompresörlerinde rotating stall denen olaya neden olacak ve komşu cascade'lere akmak isteyen akış burada akışı stall'dan kurtarırken kompresör devrine ters yöndeki akışı stall'a sokacak ve akışa ters yönde dönmeye başlayacaktır. bu durum hem kompresör bıçaklarının yorulma ömrünü azaltacak hem de titreşime neden olacaktır. eğer stall frekansı bıçakların doğal frekansını yakalarsa bıçaklar rezonansa girerek titreşim nedeniyle kırılarak kompresörün sıçmasına neden olacaktır.
  
  tekrar entropiye dönecek olursak, tıpkı viskozite gibi eddyler de tersinmez kayıplara yol açar. bunu viskoziteden farklı olarak ısıya çevirerek değil de, vortisitiye çevirerek yapması ise ikisi arasındaki fiziksel farktır. fakat yine de, bunu da navier stokes denklemlerine reynolds decomposition uygulayarak visköz bir kayıpmış gibi göstermek matematiksel olarak mümkündür. bu durumu ilk kez keşfeden joseph valentin boussinesq adlı bir fransız olup matematiksel olarak ortaya eddy viscosity kavramını atarak boussinesq yaklaşımını geliştiren adam olmuştur. hayali bir viskozite kavramını türbülanslı sınır tabakanın ortalama hızlarıyla çarpılan dinamik viskoziteye ekleyerek bugün muhtelif türbülans modellerinin hesaplamaya çalıştığı eddy viscosity kavramını oluşturmuştur.
  
  türbülanslı sınır tabakada türbülans güçlenen atalet kuvvetleri nedeniyle oluştuğuna göre, türbülans yoğunluğu demek ki reynolds sayısının bir fonksiyonudur. aynı nedenle, eddy viscosity de türbülans yoğunluğuna bağlı bir şekilde modellemeye çalışılır. k epsilon, k omega ve spalart-allmaras boussinesq yaklaşımını kullanan en popüler türbülans modelleme teknikleridir.
  
  gene de boussinesq yaklaşımında eddy viscosity 3 eksende de sabit kabul edilerek tek bir değer hesaplanır ki, türbülans yoğunluğunun 3 eksende de sabit yani izotropik olması gerçek durumla her zaman örtüşmeyebilir.