Tekanan dan Tegangan Geser
Aliran yang sepenuhnya berkembang dan stabil dalam pipa dengan diameter konstan dapat didorong oleh gaya gravitasi dan/atau tekanan. Untuk aliran pipa horizontal, gravitasi tidak memiliki efek kecuali variasi tekanan hidrostatik di sepanjang pipa, 𝛾D, yang biasanya dianggap tidak signifikan. Perbedaan tekanan, Δp = p1 - p2, antara satu bagian pipa horizontal dan yang lainlah yang mendorong fluida melalui pipa. Efek viskos memberikan gaya pembatas yang seimbang dengan gaya tekanan, sehingga memungkinkan fluida mengalir melalui pipa tanpa percepatan. Jika efek viskos tidak ada dalam aliran tersebut, tekanan akan konstan di seluruh pipa, kecuali untuk variasi hidrostatik.
Pada daerah aliran yang tidak sepenuhnya berkembang, seperti daerah masuk pipa, fluida mengalami percepatan atau perlambatan saat mengalir (profil kecepatan berubah dari profil seragam di bagian masuk pipa menjadi profil sepenuhnya berkembang di ujung daerah masuk). Oleh karena itu, di daerah masuk terdapat keseimbangan antara tekanan, viskos, dan gaya inersia (percepatan). Hasilnya adalah distribusi tekanan di sepanjang pipa horizontal seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.6. Besarnya gradien tekanan, Δp/Δx, lebih besar di daerah masuk daripada di daerah yang sepenuhnya berkembang, di mana gradiennya konstan, Δp/Δx ≈ -Δp/L.
Fakta bahwa terdapat gradien tekanan yang tidak nol di sepanjang pipa horizontal adalah hasil dari efek viskos. Seperti yang dibahas di Bab 3, jika viskositas nol, tekanan tidak akan bervariasi dengan x. Kebutuhan akan penurunan tekanan dapat dilihat dari dua sudut pandang yang berbeda. Dalam hal keseimbangan gaya, gaya tekanan diperlukan untuk mengatasi gaya-gaya viskos yang dihasilkan. Dalam hal keseimbangan energi, kerja yang dilakukan oleh gaya tekanan diperlukan untuk mengatasi disipasi energi yang disebabkan oleh viskositas di seluruh fluida. Jika pipa tidak horizontal, gradien tekanan di sepanjangnya sebagian disebabkan oleh komponen berat di arah itu. Seperti yang dibahas di Bagian 8.2.1, kontribusi ini karena berat entah meningkatkan atau menghambat aliran, tergantung pada apakah aliran tersebut menurun atau menanjak.
Sifat aliran pipa sangat bergantung pada apakah aliran tersebut laminar atau turbulent. Ini merupakan konsekuensi langsung dari perbedaan dalam sifat tegangan geser dalam aliran laminar dan turbulent. Seperti yang dibahas secara rinci di Bagian 8.3.3, tegangan geser dalam aliran laminar adalah hasil langsung dari transfer momentum di antara molekul-molekul yang bergerak secara acak (fenomena mikroskopis). Tegangan geser dalam aliran turbulen sebagian besar merupakan hasil dari transfer momentum di antara partikel fluida yang bergerak secara acak dan berukuran terbatas (fenomena makroskopis). Akibatnya, sifat fisik dari tegangan geser cukup berbeda untuk aliran laminar dan turbulen.
