Knudsen sayısı nedir ? Nasıl hesaplanır ?
Knudsen Sayısı, gaz moleküllerinin bir akış içerisindeki hareketlerinin karakterini belirlemek için kullanılan bir parametredir. Bu sayı, gaz moleküllerinin ortalama serbest hareket mesafesi ile akışın karakteristik boyutu arasındaki oranı temsil eder. Knudsen Sayısı, özellikle mikro ve nano ölçeklerindeki akışların değerlendirilmesinde önemlidir.
Henrik Knudsen adlı Danimarkalı fizikçi tarafından keşfedilen bu sayı, gaz akışlarındaki moleküler etkileşimlerin önemini vurgulamaktadır. Knudsen Sayısı, gaz moleküllerinin hareketlerinin belirli bir durumda hızlı veya yavaş hareket etmesini tahmin etmek için kullanılır.
Knudsen Sayısı Nasıl Hesaplanır ?
Knudsen Sayısı’nın hesaplanması, gazın ortalama serbest hareket mesafesi ve akışın karakteristik boyutları arasındaki oranın bulunmasıyla gerçekleştirilir. Knudsen Sayısı’nı hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılır:
Kn = λ / L
Burada:
Kn, Knudsen Sayısı
λ, gaz moleküllerinin ortalama serbest hareket mesafesi (mean free path)
L, akışın karakteristik boyutu (characteristic length)
Gaz moleküllerinin ortalama serbest hareket mesafesi, gazın sıcaklığı, basıncı ve türüne bağlı olarak değişir. Bu değer, gazın moleküler boyutlarına ve moleküler etkileşimlerine bağlı olarak belirlenir.
Akışın karakteristik boyutu ise, akışın geçtiği borunun çapı veya üzerinden geçtiği objenin boyutu gibi bir ölçüdür. Knudsen Sayısı’nın hesaplanması için doğru değerlerin kullanılması önemlidir.
Knudsen Sayısı Ne Anlama Gelir?
Knudsen Sayısı, gaz akışının Moleküler Akış Rejimi (Molecular Flow Regime) veya Sürekli Akış Rejimi (Continuum Flow Regime) olarak sınıflandırılmasını sağlar.
-
Knudsen Sayısı > 10: Bu durumda, gaz molekülleri arasındaki etkileşimler çok azdır ve akış Moleküler Akış Regimi’nde gerçekleşir. Bu durum, genellikle mikro/nano ölçekli kanallarda veya düşük basınç ortamlarında görülür. Moleküler akışın etkileri göz önüne alınmalı ve bu durumda gazın karakteristiği Knudsen Sayısı ile hesaplanmalıdır.
Knudsen Sayısı < 0.01: Bu durumda, gaz molekülleri arasındaki etkileşimler çok güçlüdür ve akış Sürekli Akış Regimi’nde gerçekleşir. Sürekli akış, genellikle geniş borularda veya yüksek basınç ortamlarında görülür. Gazın karakteristiği daha çok viskozite gibi kontinüum akış özellikleriyle hesaplanabilir.
Knudsen Sayısı, akışın karakterini ve maddenin davranışını anlamak için değerli bir araç sağlar. Özellikle mikro/nano ölçekli cihazlarda gaz akışının modellemesi ve tasarımı için bu parametre dikkate alınmalıdır.
Knudsen Sayısı, gaz moleküllerinin hareketleri ve akışın boyutları arasındaki ilişkiyi ifade eder. Bu sayı, gaz akışını karakterize etmek ve fenomenin moleküler veya sürekli akış olduğunu belirlemek için kullanılan önemli bir parametredir. Doğru hesaplama ve değerlendirme, daha doğru sonuçlar elde etmek ve akışın karakteristik özelliklerini anlamak için önemlidir.