Bir mevcut hat a, eğri bir hareketini tarif eden alan sıvı , her zaman ve hangi tüm noktalarda sıvı parçacıklarının hızını tanjant paralel yer alır.
Bir akım tüpü , kapalı bir kontur üzerinde duran bir dizi akım çizgisidir (aşağıya bakınız ).
Akış durağan olduğunda (yerel hızlar ne yoğunlukta ne de yönde değişir) ( sürekli akış da denir) bu akış tarafından taşınan bir tozun (sıvının yoğunluğuna eşit yoğunlukta) hareketi bir çizgi akımı çeker.
Soldaki resimde, hava hızının ortalama yerel yönü, "ince bir çubuğun ucunda taşınan kısa ve çok hafif bir tel ile kaydedilmiştir, ayrıca mümkün olduğunca tam olarak konumu ve yönü de [not]. tel". Noktalı çizgiler arasına dahil edilen iki bölgede girdaplar, ortalama bir yön sabitlenemeyecek şekildedir (bu nedenle biri kararsız durumdadır).
Pratikte, kararsız akışların ortalamasının alınması ve durağan akışlarla aynı şekilde ele alınması oldukça yaygındır . Bu nedenle, böyle bir kare plakanın tabanında oluşturulan çöküntü zamanla değişkendir ve bu kare plaka için bir direnç katsayısı (veya hatta bir taban basınç katsayısı ) verildiğinde, her zaman bir 'zaman ortalaması' meselesidir.
Soldaki karşıdaki görüntü, mevcut çizgileri bir dizi nokta ile düşük bir insidans profili etrafında çizer. Akış sabittir, yani. mevcut hatların zamanla değişmediğini gösterir. Bununla birlikte, yargılanabileceği gibi, bir parçacığın hızı akış çizgisinde temel olarak değişkendir: Üst yüzeyde (profilin üzerinde), parçacıklar genellikle hızlandırılır (hatta profilin önünde başlar); intrados üzerinde (profilin altında), partiküller genellikle yavaşlar. Uygulamasında Bernoulli teoremi, üst yüzeyde bir depresyon ve alt yüzeyinde bir yüksek basınç dolayısıyla gelişir. Yerel basınçların üst ve alt yüzeylere entegrasyonu bu nedenle kaldırma sağlayacaktır.
Tercih edersek, profilin tüm parçacıkların üzerinde aşağı doğru bir hız bileşeni bıraktığını da gözlemleyebiliriz: Newton'un üçüncü yasasını (etki-tepki yasası) kullanarak, profilin bir kaldırmanın nesnesi olduğu sonucunu çıkarabiliriz. İnsanlara bazen uçakların tepki vererek uçtuğunu (havada tutunduğunu) söyleten de budur .
Hücum açısı çok güçlü olduğunda profil, stall fenomeninin kurbanı olur (sağdaki resim). Bu rüzgar tüneli yakalaması, profilin arkasındaki girdap bölgesini açıkça göstermektedir.
Bir boruda akan bir sıvıyı örnek olarak ele alalım. Kendimizi zaman içinde sabit bir noktaya yerleştirelim. Her noktada borunun akış kendi hız vektörü yönünde ile gösterilen belirli bir yönü vardır , koordinatlar , ve (bu bir kavramıdır Euler yaklaşım ). Bir anda geçerli bir çizgi , vektöre teğet olan herhangi bir noktadaki çizgidir (geçerli vektör).
Akım doğrusuna paralel küçük bir eleman göz önüne alındığında , iki vektör paralel olduğu için sadece çapraz çarpımımız olmalıdır. Böylece, bu eşitliği ifade ederek şunu elde ederiz:
.Akım çizgileri bu diferansiyel denklem çözülerek verilir.
Bir akım yüzeyi, bir dizi bitişik akım çizgisinden oluşur; hiçbir parçacık mevcut bir yüzeyden geçemez.
Akım çizgisini bir parçacığın yörüngesinden ayırmak genellikle uygundur . Biri ve diğeri yalnızca durağan bir akış durumunda, yani zamanın bir fonksiyonu olmayan bir akış durumunda karıştırılır (yani , kısmi türev bölümüne bakınız ). Durağan olmayan bir akış durumunda, mevcut çizgiler zamanla gelişirken, yörüngeler özünde onlara bağlı değildir.
Bir akım tüpü, kapalı bir kontur üzerinde duran akım çizgilerinin oluşturduğu herhangi bir yüzeydir. Tanım olarak, sınırdaki normal hız sıfırdır ve bu nedenle bu tüpün yan duvarlarından geçen hiçbir akış yoktur; bu, mevcut tüplerin şekli zaman içinde genel olarak değişse bile, parçacıkların orada hapsedildiğini haklı çıkarır. Mevcut tüpe giren akış, çıkan akışa eşittir.
Doğada, su bitkileri bir akıntıdaki suyun yerel yönüne dair iyi göstergeler verir (soldaki resim); bununla birlikte, bu su bitkileri uzun olduklarında, kendilerini taşıyan suyun çeşitli hız vektörlerinin ortalamasını alırlar ve bu nedenle gerçek akım hatlarından uzaklaşırlar.
Bir hava akışı durağan olduğunda, duraklatılmış bir fotoğraf tozun hareketini veya daha iyisi helyum dolu sabun köpüğünü yakalayabilir (aşağıdaki Cessna üzerindeki marjinal girdabın resmine bakın), bu nesneler uygun şekilde aydınlatılırsa daha az. Hala durağan olan akış bir su akışıysa, bu akışa yansımaları fotoğraf veya video ile yakalanabilen parlak madde pullarını yerleştirebiliriz.
Ancak en çok kullanılan yöntem, sağ üstteki ve alttaki resimlerde olduğu gibi duman akımlarını akışa yaymaktır. Otomotiv aerodinamik testlerinde, tek bir duman mızrağı, tek bir akım hattını görünür hale getirerek akışın incelenmesini sağlar; Bu duman akışının gözlemlenmesi, özellikle akışın aracın arkasından başlamadığını kontrol etmeyi mümkün kılar (sağdaki resim, aşağıda).
Akışın bir Schlörwagen modelinde görselleştirilmesi .
Schlörwagen (ön sol tarafta).
Bir duman mızrağı ile akışı kontrol etmek.
Akım çizgilerini bilmek genellikle bir akışta girdapların geliştiği bölgeleri izole etmeyi mümkün kılar (soldaki iki resimde olduğu gibi).
Aynı şekilde, mevcut çizgilerin konumu , küre (sağda karşıt) gibi belirli cisimlerin rejiminin göstergesidir . Silindir ve birçok profilli gövde için aynı hız olgusu mevcuttur ( Drag krizi makalesine bakın ).
Durağan bir mükemmel akışkan akışında (yani viskoz olmayan, dolayısıyla sınır tabakasının dışında ), akışkan parçacıklarının dengesinin incelenmesi, bir akım hattı doğrusal olduğunda bu akım hattı boyunca basıncın sabit olduğunu göstermeyi mümkün kılar. .
Tersine, hala durağan bir mükemmel akışkan akışında, akışkan parçacıklarının dengesiyle ilgili aynı çalışma, bir akım hattından diğerine geçerken bu akım hatlarının eğriliğine yaklaşırken yerel statik basıncın azaldığını göstermeyi mümkün kılar.
Bu son fiziksel prensibi, örneğin silindirin etrafındaki potansiyel akım çizgilerini aşağıda gösteren resimde uygulayabiliriz : Resmin ortasından silindire doğru aşağı indiğimizde, mevcut çizgilerin eğrilik merkezine yaklaşıyoruz: yerel statik basınç bu nedenle de (yukarı azalır basınç katsayısının en omuz resimde gösterildiği gibi, silindirin). Öte yandan, fotoğrafın üst kısmındaki sol köşeden memba durma noktasına doğru başladığımızda, akım çizgilerinin eğrilik merkezinden uzaklaşıyoruz, bu nedenle basınç artıyor ( neredeyse sıfıra, çünkü sıfırdan uzaklaşıyoruz). gövde, durma noktasındaki üniteye kadar ). Görüntünün sağ köşesinden başlayıp akış aşağı durma noktasına yaklaşırken aynı şey: üniteye gelen basınç artar .
Genel olarak, bu ilke yeterli ölçekteki ancak meteorolojik ölçekten daha küçük olan girdaplar için de geçerlidir: girdabın eksenine yaklaştıkça statik basınç azalır; yani bir girdabın kalbinde her zaman bir depresyon hüküm sürer (meteorolojik ölçek hariç).
Öte yandan, sıkıştırılamaz durağan akışta, mevcut bir borunun belirli bir bölümündeki ortalama hızı bildiğimizde, akış hızlarının korunumu yasası, bu mevcut borunun yerel kesiti ile yerel ortalama hız arasında basit bir ilişki kurar. Aşağıdaki 2B daralma görüntüsü, bu ilkenin bir uygulamasını göstermektedir: Büzülmeden önceki hızların dağılımı bilindiği için, herhangi bir başka bölümdeki ortalama hızların dağılımı, akım çizgilerinin aralıklarından şu şekilde hesaplanabilir: formül:, formül , bir akım tüpünün indeks bölümündeki bilinen ortalama hızdır ve dikkate alınan bölüme ekli indekstir.
Bir Cessna 182 üzerindeki marjinal girdap, rüzgar tünelinde helyumla şişirilmiş sabun köpüğünün hareketiyle ortaya çıktı.
Sonsuz silindirin etrafındaki potansiyel akım çizgileri enine açığa çıkar. Potansiyel akışlar teorisi (viskoz olmayan akışkanların akışı) tarafından belirlenen basınçların entegrasyonu, sıfır sürtünmeye yol açar. Silindirin akış aşağısındaki gerçek sıvıların akışı çok farklıdır.
Düz başlı bir silindir üzerinde gerçek akım çizgilerinin yakalanması. Ölü su cebinin oluşumunu gözlemliyoruz.
2B daralmada akıcılık. İki akım çizgisi arasındaki boşluk, sınırladıkları akım tüpündeki hızın gelişimini hesaplamayı mümkün kılar .
Kararsız bir akışta, sabit bir noktadaki (cisme göre) hız vektörü zamanla değişir. Bu nedenle akım çizgisi artık parçacıkların yörüngesi ile karıştırılamaz. Karşıdaki resimde durum böyle. Emisyon hattı sabit bir noktadan duman ya da akım salınan bir boya akışı ile bir T 'de çizilen çizgi (eksenlerin kökenli, burada)' dir. Dolayısıyla bu emisyon çizgisini fotoğrafla kolayca yakalayabiliriz. Öte yandan, akış durağan olduğunda, bir emisyon çizgisi tekrar bir akım çizgisi ve aynı zamanda bir parçacık yörüngesi haline gelir.