Couette akışı, birbiriyle paralel iki plaka arasında meydana gelen, bir plakanın diğerine göre hareket ettiği basit bir kayma akışı türü olarak tanımlanır. Bu akışta hız alanı, kararlı, tam gelişmiş ve tek yönlüdür. Akışkanlar mekaniğinde viskozite, sıkıştırılabilirlik ve hız gibi değişkenlerin etkilerini incelemek için temel bir model olarak kullanılır. Hızın büyüklüğü, akış yönüne dik olan uzamsal bileşenle doğrusal olarak değişir.
Temel Prensip ve Akış Modelleri
Couette akışında, hareketli plakanın hızı nedeniyle akışkana bir kayma gerilimi uygulanır ve bu durum, plakalar arasındaki akışın kararlı bir şekilde ilerlemesini sağlar. Bu akış, ideal gaz denklemi ve Sutherland viskozite kanunu gibi temel denklemler kullanılarak analiz edilebilir. Akışkanlar mekaniğinde, daha karmaşık akışların kesin çözümleri genellikle bulunmazken, Couette akışı gibi basit akışlar için analitik çözümler elde edilebilir.
Couette akışı, bir basınç gradyanı ile birleştirilerek Couette-Poiseuille akışı olarak da incelenir. Bu birleşik akış modeli, özellikle bir kanal içindeki akışkanın, hem plaka hareketinden hem de basınç farkından etkilenmesini temel alır.
Akış Kararlılığı ve Analizi
Yüksek hızlı ve viskoz akışkanların düzlemsel Couette ve Couette-Poiseuille akış modellerindeki kararlılığı sayısal yöntemlerle incelenmiştir. Bu incelemelerde, temel hız ve sıcaklık dağılımları, küçük genlikli normal mod bozulmaları ile analiz edilmiştir.
Kararsızlık Modları: Yapılan sayısal analizlerde, akışta Mod I (tek modlar) ve Mod II (çift modlar) olmak üzere iki ana kararsızlık modu bulunmuştur. Düzlemsel Couette akışı için en kararsız modun Mod II olduğu belirlenmiştir. Couette-Poiseuille akışında ise en kararsız modun Mod 0 olduğu görülmüştür. Bu modlar, akış hızının dalga hızına göre sesten daha hızlı olduğu durumlarda, kanal içindeki gazın duvar ve göreceli ses çizgisi arasındaki akustik yansımalardan kaynaklanmaktadır.
Kararlılık Faktörleri: Gazın viskozitesi ve sıkıştırılabilirliği, kararsızlığı istikrarlı hale getirmede etkili faktörlerdir. Viskozite ve sıkıştırılabilirliğin kararlılık üzerinde stabilize edici bir rolü olduğu gösterilmiştir.
Sayısal Yöntemler: Akış kararlılığı analizleri için ikinci dereceden sonlu farklar yöntemi ve tüm özdeğerleri bulmak için QZ algoritması gibi sayısal yöntemler kullanılmıştır.
