En dinàmica de fluids, la condició de no lliscament és una condició de contorn que imposa que en un contorn sòlid, un fluid viscós assoleixi una velocitat massiva zero. Aquesta condició de contorn va ser proposada per primera vegada per Osborne Reynolds, que va observar aquest comportament mentre realitzava els seus influents experiments de flux en canonades. La forma d'aquesta condició de contorn és un exemple d'una condició de contorn de Dirichlet. miniatura|Il·lustració amb condició de contorn mixta. Verd: condició de contorn de Neumann; porpra: condició de contorn de Dirichlet. En la majoria dels fluxos de fluids rellevants per a l'enginyeria de fluids, la condició de no lliscament s'utilitza generalment en límits sòlids. Aquesta condició sovint falla per a sistemes que presenten un comportament no newtonià. Els fluids en què aquesta condició falla inclouen aliments comuns que contenen un alt contingut en greixos, com ara la maionesa o el formatge fos.

Justificació física La condició de no lliscament és una suposició empírica que ha estat útil en la modelització de molts experiments macroscòpics. Va ser una de les tres alternatives que van ser objecte de controvèrsia al segle XIX, i les altres dues eren les condicions de contorn de capa estancada (una capa fina de fluid estacionari sobre la qual flueix la resta del fluid) i de lliscament parcial (una velocitat relativa finita entre el sòlid i el fluid). Tanmateix, a principis del segle XX es va acceptar generalment que el lliscament, si existia, era massa petit per ser mesurat. Es va considerar que la capa estancada era massa fina i que el lliscament parcial tenia un efecte insignificant a escala macroscòpica.

Tot i que no es deriven dels primers principis, s'han proposat dos possibles mecanismes per explicar el comportament antilliscant, sent dominant un o altre en diferents condicions. El primer sosté que la rugositat de la superfície és responsable de fer que el fluid es reposi mitjançant la dissipació viscosa més enllà de les irregularitats de la superfície. El segon està relacionat amb l'atracció de molècules de fluid cap a la superfície. Les partícules properes a una superfície no es mouen al llarg d'un flux quan l'adhesió és més forta que la cohesió. A la interfície fluid-sòlid, la força d'atracció entre les partícules de fluid i les partícules sòlides (forces adhesives) és més gran que la que hi ha entre les partícules de fluid (forces cohesives). Aquest desequilibri de forces fa que la velocitat del fluid sigui zero adjacent a la superfície sòlida, amb la velocitat que s'acosta a la del corrent a mesura que augmenta la distància des de la superfície.

Quan un fluid està en repòs, les seves molècules es mouen constantment amb una velocitat aleatòria. Quan el fluid comença a fluir, s'afegeix una velocitat de flux mitjana, de vegades anomenada velocitat global, al moviment aleatori. Al límit entre el fluid i una superfície sòlida, l'atracció entre les molècules del fluid i els àtoms de la superfície és prou forta per reduir la velocitat global a zero. En conseqüència, la velocitat global del fluid disminueix des del seu valor allunyant-se de la paret fins a zero a la paret.

Comportament de lliscament Com que la condició sense lliscament era una observació empírica, hi ha escenaris físics en què falla. Per a fluxos prou enrarits, inclosos els fluxos de gasos atmosfèrics d'alta altitud i per a fluxos a microescala, la condició sense lliscament és inexacta. Per a aquests exemples, aquest canvi està impulsat per un nombre de Knudsen creixent, que implica una rarefacció creixent i una fallada gradual de l'aproximació del continu. L'expressió de primer ordre, que sovint s'utilitza per modelar el lliscament de fluids, s'expressa com (també coneguda com a condició de contorn de lliscament de Navier) on és la coordenada normal a la paret, és el camí lliure mitjà i és una constant coneguda com a coeficient de lliscament, que és aproximadament d'ordre 1. Alternativament, es pot introduir com la longitud de lliscament. També s'ha observat que algunes superfícies altament hidrofòbiques, com ara els nanotubs de carboni amb radicals afegits, tenen una longitud de lliscament diferent de zero però a nanoescala.

Tot i que la condició de no lliscament s'utilitza gairebé universalment en la modelització de fluxos viscosos, de vegades es negligeix a favor de la "condició de no penetració" (on la velocitat del fluid normal a la paret s'estableix a la velocitat de la paret en aquesta direcció, però la velocitat del fluid paral·lela a la paret no té restriccions) en anàlisis elementals de flux no viscós, on es negligeix l'efecte de les capes límit.

La condició de no lliscament planteja un problema en la teoria del flux viscós a les línies de contacte: llocs on una interfície entre dos fluids es troba amb un límit sòlid. Aquí, la condició de límit de no lliscament implica que la posició de la línia de contacte no es mou, cosa que no s'observa a la realitat. L'anàlisi d'una línia de contacte en moviment amb la condició de no lliscament dóna lloc a tensions infinites que no es poden integrar. Es creu que la velocitat de moviment de la línia de contacte depèn de l'angle que la línia de contacte fa amb el límit sòlid, però el mecanisme que hi ha darrere d'això encara no s'entén completament.

Referències

Categoria:Dinàmica de fluids