난류 영역

난류 영역은 불안정하고 와류가 많은 운동이 나타나는 유동 상태이다. 속도와 압력은 국소적으로와 시간에 따라 변동한다. 다양한 크기의 와류가 형성된다.

난류 유동의 반대는 층류 유동이다. 이 차이는 관 유동을 예로 들어 쉽게 설명할 수 있다. 액체가 관을 통해 천천히 흐르면 유동은 층류이다. 빨리 흐르면 유동은 난류가 된다. 이 전이는 레이놀즈 수로 설명된다. 관 유동에서는 일반적으로 약 Re > 4000부터 난류 영역으로 본다.

레이놀즈 수는 유동에서 관성력과 점성력의 비를 나타낸다. 낮은 레이놀즈 수는 층류를 가리킨다. 높은 레이놀즈 수는 난류를 가리킨다.

Re = ρ ⋅ u⋅ d​ / μ

• Re는 레이놀즈 수(–)로, 무차원이다
• ρ는 액체의 밀도이다
• u는 특성 속도이다
• d는 특성 길이 또는 수리학적 직경이다
• μ는 동점도이다

이 사실은 분말 혼합기의 유동에 개념적으로 적용할 수 있다. 커터 로터의 고회전은 분말 입자의 강한 와류를 유발하여 난류와 유사한 상태를 만든다. 반면, 혼합장치의 나선에서 기인하는 느리고 먼지가 적은 전단 유동은 정돈된 층류형 수송 메커니즘에 해당한다.

공정공학에서는 혼합, 열전달 및 물질전달을 강화하기 위해 난류를 의도적으로 활용한다. 동시에 정돈된 전단 유동은 분진 발생과 입자 파손을 최소화하는 데 유리할 수 있다.