14-04-2025 - Education - Real fluids [EN]-[IT]

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~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~

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[ENGLISH]
14-04-2025 - Education - Real fluids [EN]-[IT]

Image generated with AI, Microsoft Copilot

With this post I would like to provide some brief notions about the topic mentioned in the subject.
The context in which we operate is that of Physics
(code notes: MOD-67)

Real fluids
In this article I will try to describe real fluids. Real fluids are different from ideal fluids. The latter are non-viscous fluids, therefore without friction, and are also incompressible. When we carry out the study on fluids, things get complicated when we move from the study on ideal fluids to the study of real fluids. This happens because real fluids, unlike ideal fluids, are viscous and in the case of gas they are also compressible. Unfortunately, when we design a system in which the fluid is important for its operation, the concept of real fluid becomes necessary in the study of the fluid dynamics of that system.

Ideal fluid, perfect fluid, real fluid
In the next few lines I will quickly write the differences between an ideal fluid, a perfect fluid and a real fluid. Let's start by saying that the ideal and perfect fluid are the same thing, it depends on how they are sometimes called in various textbooks or technical books.
The real fluid, on the other hand, is both compressible and viscous.
After this description, which I hope was clear, it should be clear that an ideal or perfect fluid is a simplification of reality.

Viscosity
Viscosity describes the resistance to the flow of a fluid, basically viscosity is a property of a fluid. This property is linked to the internal friction forces between the particles of the fluid, this property will influence the way the fluid will move. We can take honey and water as an example, honey has a higher viscosity than water. In fact, we can see that pouring honey is more difficult than pouring water because it is denser.
The mathematical formula of dynamic viscosity is shown below.

Where:
η = dynamic viscosity
τ = tangential stress
γ = rate of deformation of the fluid (also known as shear rate).

Laminar flow
Laminar flow is a type of fluid flow in ducts. It is a motion in which the layers move by translation and without creating vortices.
In this motion the fluid particles move in well-defined and ordered trajectories.
The flow of water coming out of a tap and flowing slowly and uniformly is a practical example of laminar motion.
If we have a fluid with zero viscosity and constant density, that is, we can practically consider it an ideal fluid, it flows with the same speed in laminar motion at all points of the conduit. If instead we have a real fluid, this in laminar motion has a different flow velocity profile. In the figure below I show the laminar motion of an ideal fluid and a real fluid.

Poiseuille's law
Laminar motion can be described mathematically using Poiseuille's law. Below I show the volumetric flow rate of the fluid in laminar flow

Turbulent flow
When a fluid is characterized by chaotic and irregular movements, it is said to have a turbulent flow. In this case the particles of the fluid mix continuously forming vortices. A key parameter to identify turbulence is the Reynolds number (Re).
If Re is greater than about 2000-3000, the flow tends to become turbulent, if instead it is below this range we are in the presence of a laminar flow.
Below is the mathematical expression of the Reynolds number

Below is an image showing laminar flow and turbulent flow inside a tube.

Conclusions
The study of real fluids occurs mainly in the following fields: hydraulics, aerodynamics, biofluidomechanics.

Question
Have you ever tried to pour oil slowly and noticed that thanks to its viscosity it flows perfectly downwards without turbulence? Did you know that oil in this case behaves like a fluid that has laminar motion?

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[ITALIAN]
14-04-2025 - Education - I fluidi reali [EN]-[IT]

Immagine generata con IA, Microsoft Copilot

Con questo post vorrei fornire alcune brevi nozioni a riguardo dell’argomento citato in oggetto.
Il contesto in cui operiamo è quello della Fisica
(code notes: MOD-67)

I fluidi reali
In questo articolo proverò a descrivere i fluidi reali. I fluidi reali si distinguono dai fluidi ideali. Questi ultimi sono fluidi non viscosi, quindi privi di attrito, inoltre sono incomprimibili.Quando effettuiamo lo studio sui fluidi le cose si complicano quando dallo studio sui fluidi ideali, passiamo allo studio dei fluidi reali. Questo avviene perché i fluidi reali, diversamente dai fluidi ideali, sono viscosi e nel caso del gas sono anche comprimibili. Purtroppo, quando progettiamo un sistema in cui il fluido è importante per il suo funzionamento, il concetto di fluido reale si rende necessario nello studio della fluidodinamica di quel sistema.

Fluido ideale, fluido perfetto, fluido reale
Nelle prossime righe scriverò velocemente le differenze tra un fluido ideale, un fluido perfetto ed un fluido reale. Partiamo con il dire che il fluido ideale e perfetto sono la stessa cosa, dipende da come a volte vengono chiamati nei vari libri di testo o libri tecnici.
Il fluido reale invece è sia comprimibile che viscoso.
Dopo questa descrizione, che spero sia stata chiara, dovrebbe risultare evidente che un fluido ideale o perfetto è una semplificazione della realtà.

La viscosità
La viscosità descrive la resistenza allo scorrimento di un fluido, praticamente la viscosità è una proprietà di un fluido. Questa proprietà è legata alle forze interne di attrito tra le particelle del fluido, questa proprietà influirà sul modo in cui il fluido si muoverà. Possiamo prendere come esempio il miele e l’acqua, il miele rispetto all’acqua ha una viscosità maggiore. Possiamo infatti notare che versare del miele è più difficile che versare dell’acqua in quanto è più denso.
Qui di seguito viene mostrata la formula matematica della viscosità dinamica.

Dove:
η = viscosità dinamica
τ = sforzo tangenziale
γ = tasso di deformazione del fluido (noto anche comne velocità di taglio).

Il moto laminare
Il matto laminare è una tipologia di moto dei fluidi nei condotti. Esso è un moto in cui gli strati si muovono per traslazione e senza creare vortici.
Il questo moto le particelle del fluido si muovono in traiettorie ben definite e ordinate.
Il flusso dell’acqua che esce da un rubinetto e scorre lentamente in modo uniforme, è un esempio pratico di moto laminare.
Se abbiamo un fluido con viscosità nulla ed densità costante, cioè che praticamente possiamo considerarlo un fluido ideale, esso nel moto laminare scorre con la medesima velocità in tutti i punti del condotto.se invece abbiamo un fluido reale, questo nel moto laminare presenta un profilo di velocità di scorrimento diverso.nella figura qui sotto riporto il moto laminare di un fluido ideale e di un fluido reale.

legge di Poiseuille
Il moto laminare può essere descritto matematicamente utilizzando la legge di Poiseuille. Qui di seguito mostro la portata volumetrica del fluido nel moto laminare

Moto turbolento
Quando un fluido è caratterizzato da movimenti caotici e irregolari, si dice che ha un moto turbolento. In questo caso le particelle del fluido si mescolano continuamente formando vortici. Un parametro chiave per identificare la turbolenza è il numero di Reynolds (Re).
Se Re è maggiore di circa 2000-3000, il flusso tende a diventare turbolento, se invece è sotto questo range siamo in presenza di un moto laminare.
Qui di seguito l’espressione matematica del numero di Reynolds

Qui di seguito un'immagine che mostra il moto laminare ed il moto turbolento all’interno di un tubo.

Conclusioni
Lo studio dei fluidi reali avviene principalmente nei seguenti ambiti: idraulica, aerodinamica, biofluidomeccanica.

Domanda
Avete mai provato a versare dell'olio lentamente e notare che grazie alla sua viscosità scorre perfettamente verso il basso senza turbolenze? Lo sapevate che l'olio in questo caso si comporta come un fluido che ha moto laminare?

THE END