난류에 대해 알아보자.

오늘은 난류에 대해서 알아보는 시간을 가져보자.
난류는 유체 유동 내에서 질서가 없고 비정상적인 유동을 가지는 경우를 말한다.

난류 유동에서는 확산이 낮으며, 모멘텀 대류가 높게 나타나며, 속도 및 압력이 공간 및 시간에 대해서 변화하는 특성을 가지고 있다. 난류가 아닌 유동은 층류와 천이 영역이 있다.

난류를 알기 쉬운 예로 일상생활에서 확인해보면, 대표적으로 수도꼭지에서 분사되는 물을 예로 들 수 있다. 수돗물은 유량이 적을 때는 똑바로 직선으로 분사되지만, 스위치를 크게 틀면 물의 흐름이 흐트러지면서 분사된다. 이때 전자가 층류, 후자가 난류이다. 생활에서 볼 수 있는 공기나 물의 유동은 거의 모두가 난류일 뿐만 아니라, 난류에서는 물질이나 열의 확산 효과가 매우 강하기 때문에 공학적으로도 매우 중요하다.
또 다른 난류의 예로는 담배 연기를 들 수 있다. 바람이 전혀 없는 조건에서, 위로 올라가는 담배 연기는 처음에는 층류에서 갑자기 난류로 바뀌는 것을 확인할 수 있다.

난류의 정확한 정의는 현재로서는 존재하지 않으며, 수학적으로 확인해보면, 점성 유동에 대한 지배 방정식인 나비에-스토크스 방정식의 비정상 해의 집합이라 볼 수 있다. 나비에-스토크스 방정식은 그 특수해 중 일부가 구해지기는 했으나 그마저도 레이놀즈수가 크면 해가 불안정하기 때문에, 난류를 해석적인 방법으로 다룰 수는 없다. 현재는 난류 문제를 푸는 방법으로, 적절한 난류 모델을 도입하여 문제를 단순화한 후 수치해석을 수행하는 방법이 활용되고 있으며, 이것은 전산유체역학의 중요한 세부 분야 중 하나이다.

난류 수치 시뮬레이션은 자동차나 기상 예보 등의 공력설계부터 PC의 냉각 성능까지 공학적으로는 매우 폭넓게 이용되고 있다. 난류 수치 시뮬레이션을 위해서는 엄청난 계산기 성능이 요구되기 때문에, 슈퍼컴퓨터의 중요한 용도 중 하나이다.

구분 기준
층류와 난류는 레이놀즈수에 의해 구별할 수 있으며, 레이놀즈수의 값이 기준값 이상이면 난류로 볼 수 있다. 예를 들어 파이프 내의 유동과 같은 관수로 흐름에서는 그 기준을 레이놀즈수 약 2,300 정도로 삼는다. 그러나 이는 대략적인 값이기 때문에, 예를 들어 레이놀즈수 약 2,100 이하이면 층류, 4,000 이상이면 난류이고, 2900에서 4000 사이에서는 천이 유동으로 간주하기도 한다.