Transisi dari Aliran Laminar ke Aliran Turbulen
Hasil analitis yang tercantum di Tabel 9.2 terbatas pada aliran lapisan batas laminar sepanjang plat datar dengan gradien tekanan nol. Mereka cukup cocok dengan hasil eksperimen sampai titik di mana aliran lapisan batas menjadi turbulent, yang akan terjadi untuk setiap kecepatan aliran bebas dan fluida asalkan plat cukup panjang. Ini benar karena parameter yang mengatur transisi ke aliran turbulent adalah nomor Reynolds - dalam hal ini nomor Reynolds berdasarkan jarak dari tepi depan plat, Rex = Ux/v.
Nilai nomor Reynolds di lokasi transisi adalah fungsi yang cukup kompleks dari berbagai parameter yang terlibat, termasuk kasar permukaan, lengkungan permukaan (misalnya, plat datar atau bola), dan beberapa ukuran gangguan dalam aliran di luar lapisan batas. Pada plat datar dengan tepi depan tajam dalam aliran udara tipikal, transisi terjadi pada jarak x dari tepi depan yang diberikan oleh Rexcr = 2 x10^5 hingga 3 x10^6. Kecuali dinyatakan lain, kita akan menggunakan Rexcr = 5 x10^5 dalam perhitungan kami.
Transisi aktual dari aliran lapisan batas laminar menjadi turbulent dapat terjadi di sepanjang area plat, bukan pada lokasi tunggal tertentu. Hal ini terjadi, sebagian, karena keacakan transisi tersebut. Biasanya, transisi dimulai di lokasi acak pada plat di sekitar Rex = Rexcr. Titik-titik ini tumbuh dengan cepat saat mereka diadvokasi ke hilir sampai seluruh lebar plat tertutup oleh aliran turbulent. Foto yang ditunjukkan dalam Gambar 9.13 menggambarkan proses transisi ini.
Proses kompleks dari transisi dari aliran lapisan batas laminar ke turbulent melibatkan ketidakstabilan medan aliran. Gangguan kecil yang diberlakukan pada aliran lapisan batas (misalnya, dari getaran plat, kasar permukaan, atau “gelombang” dalam aliran melewati plat) akan tumbuh (ketidakstabilan) atau mereda (stabilitas), tergantung di mana gangguan tersebut diperkenalkan ke dalam aliran. Jika gangguan ini terjadi di lokasi dengan Rex < Rexcr, mereka akan padam, dan lapisan batas akan kembali ke aliran laminar di lokasi tersebut. Gangguan yang diberlakukan di lokasi dengan Rex > Rexcr akan tumbuh dan mengubah aliran lapisan batas di hilir dari lokasi ini menjadi turbulen. Studi tentang awal, pertumbuhan, dan struktur gelembung atau titik turbulen ini adalah area penelitian mekanika fluida yang aktif.
Transisi dari aliran laminar ke turbulen juga melibatkan perubahan yang signifikan dalam bentuk profil kecepatan lapisan batas. Profil khas yang diperoleh di sekitar lokasi transisi ditunjukkan dalam Gambar 9.14. Profil turbulen lebih datar, memiliki gradien kecepatan yang lebih besar di dinding, dan menghasilkan ketebalan lapisan batas yang lebih besar daripada profil laminar.
