Girdaplar: Akışkanlar Dinamiğinin Harikası

Makine mühendisliği bölümü 2.sınıf öğrencisi olduğumdan termo-akışkanlar mekaniği dersini alıyorum. İnsan bir şeyler öğrendikçe çevresinde öğrenilen şeyle ilgili bilgiye daha çok dikkat eder oluyor. Ben de yeni yazım için biyomimikrik çalışmalar arasında gezinirken “Flow without friction” yazısını görünce bir an bile düşünmeden linke tıklayıp araştırmaya başladım ve şimdi öğrendiklerimi bu yazıyla sizlere ileteceğim.

Girdaplar akışkanların türbülanslı fiziksel davranışları arasında en karmaşık olanlarından biri ve akışkanların bu davranışını nebulalardan yani bulutsulardan tutunda DNA’nın şeklinde bile gözlemleyebiliyoruz. Hava, su ve hatta ateş bile bu şekli alabilir. Üstelik doğada, birçok canlıda bulunan katı formlar da bu şekilde bulunmakta.

NaturalSpirals

Arşimet’in silindirik spiralinin aksine; doğada sıkça rastladığımız spiral şekli  Bernoulli’nin tanımlamış olduğu “spira miracbilis” yani logaritmik ya da eşit açılı spiraldir. Eşit açılı olarak adlandırılmasının sebebi ise orijinden çıkan her doğrunun, spirali kestiği her noktada, spirale teğet geçen doğruyu aynı açıyla kesmesidir. Logaritmik spirali çizmek istediğimizde her seferinde bir öncekinden daha büyük eğriler elde ederiz; silindirik spiralde ise bir çember ortaya çıkar. Eğer bu iki iki boyutlu çizimi üçüncü boyuta çıkarırsak logaritmik spiral bir koni; silindirik olansa ,adından da kolayca anlayabileceğimiz gibi, bir silindiri oluşturur. Doğada görülen her bir logaritmik spiral ise bu matematiksel olgunun kusursuz bir örneğidir.

sp2

Bilkent’te MATH 101-102 alanların aşina olduğu logaritmik spiral

sp1

 

Akışkanların bulunduğu sistemler hayatımızın dört bir yanını kaplamış durumda. Arabanızı kullanırken çalışan sistemler(su soğutma, benzin iletimi, vb.) , evinizdeki sistemler (su, ısıtma, soğutma, vb.), bilgisayarınızdaki soğutma sistemi ve içerisinde akışkan bulunan her sistem akışkanlarla başa çıkmak zorunda. Genel olarak akışkan sistemlerinde: fanlar, karıştırıcılar, pompalar, pervaneler, eşanjörler, kanallar ve bunun gibi birçok insan yapımı ürünler bulunur. Bu ürünlerin verimi sistemlerin enerji dolayısıyla maddi tüketimi açısından oldukça önemlidir. Bir girişimci ve biyomimikrik mucit olan Jay Harman, girdap şeklinde hareket eden akışkanların mekaniğini inceleyerek çok büyük başarılara imza atmış.

Doğadan ilham alarak tasarladığı akışkan sistemleri ürünlerinde, mekanik parçaların çalışırken çıkarttığı sesi, kullanılan enerjiyi, sürükleme kuvvetini (drag force), kavitasyon’u azaltmış;  yönü kontrol edilebilinen itme uygulayabilmiş, materyal kullanımını optimize ederek motor boyutunu küçültmüş ve yapısal bütünlüğü ve üretimi arttırmış. PAX+mixing+impeller+(side)

Eğer bütün dünyada bu şekilde tasarlanmış ürünler kullansaydık şu an harcanması gereken gigawattlık enerjinin ve dolayısıyla milyar dolarların büyük bir kısmını tasarruf etmiş olurduk. Doğa bu tasarrufu yapmamış olsaydı belki kendisi bile var olamazdı.

Kaynakça:

http://biomimicry.net/about/biomimicry/case-examples/energy-efficiency/

Ürünlerle ilgili ayrıntılı bilgi:

http://paxscientific.com/

http://www.asknature.org/product/5e4986eccffedd9f40937a038aa92cf2

http://thesharkspaintbrush.com/about/

https://tr.wikipedia.org/wiki/Logaritmik_spiral

http://issuu.com/eggermont/docs/zq_issue_06_final/12?e=15278665/11096037

 

Leave a Reply

1 comment

  1. Bayram

    Okurken şu natgeo reklamını dinledim sanki bir yandan :)

    “Güneşin doğuşunu yakalayamazsınız. yağmuru durduramazsınız. suları durgunlaştıramazsınız. havayı temizleyemezsiniz.hayatta kalma arzusunu hafifletemezsiniz. şartlar için pazarlık yapamazsınız. çağrıyı göz ardı edemezsiniz. neden isteyesiniz ki? doğa evcilleştirilemez. onu böyle kabul edin!'”

Yazıcı Tamiri Sigma Defence Ankara Kız Yurdu