শুভময় দত্ত (সিএফ ডি রিসার্চ সায়েন্টিস্ট, কমসল মাল্টিফিজিক্স)
Posted on ১৯ জানুয়ারী, ২০২৫
অসবর্ণ রেনল্ড FRS (২৩ আগস্ট ১৮৪২ – ২১ ফেব্রুয়ারি ১৯১২) একজন আইরিশ বংশোদ্ভূত ব্রিটিশ। তরল গতিবিদ্যা বোঝার ক্ষেত্রে তিনি একজন পথিকৃৎ । পৃথকভাবে, কঠিন এবং তরলগুলির মধ্যে তাপ স্থানান্তরের বিষয়ে তাঁর গবেষণা বয়লার এবং কনডেন্সার ডিজাইনে উন্নতি এনেছিল। তিনি তার পুরো কর্মজীবন কাটিয়েছেন এখনকার ম্যানচেস্টার বিশ্ববিদ্যালয়ে ।
জ্ঞানের নিরলস সাধনা রেনল্ড্সকে যুগান্তকারী পরীক্ষা-নিরীক্ষা পরিচালনা করতে এবং উদ্ভাবনী তত্ত্ব তৈরি করতে পরিচালিত করেছিল যা তরল গতিবিদ্যার ক্ষেত্রে বিপ্লব ঘটায়। তাঁর এই যুগান্তকারী গবেষণা কেবল যে প্রকৌশল চর্চাকে রূপান্তরিত করেছিল তা নয়, আবহাওয়াবিদ্যা , ভূপদার্থবিদ্যা ও সমুদ্রবিদ্যার মতো বৈচিত্র্যময় ক্ষেত্রগুলিকেও প্রভাবিত করেছিল।
রেনল্ডসের সবচেয়ে বড় সাফল্য আসে ১৮৮৩ সালে যখন তিনি প্রবর্তন করেন যা এখন “রেনল্ডস নম্বর” নামে পরিচিত। এই মাত্রাবিহীন পরিমাণটি তরল পদার্থের মসৃণ (laminar) এবং অশান্ত (turbulent) প্রবাহের মধ্যে রূপান্তরকে ব্যাখ্যা করে, প্রকৌশলীদের তরল এবং গ্যাসের আচরণে মূল্যবান অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে। Reynolds সংখ্যা, Re হিসাবে চিহ্নিত, তরল সান্দ্রতা দ্বারা তরল বেগ, পাইপের ব্যাস এবং তরল ঘনত্বের গুণফলকে ভাগ করে গণনা করা হয় ।
রেনল্ডস, পাইপগুলিতে তরল প্রবাহের আচরণের অন্বেষণ করার জন্য পরীক্ষাগুলিও পরিচালনা করেছিলেন। তাঁর গবেষণায় ল্যামিনার প্রবাহের অস্তিত্ব প্রকাশ করা হয়েছে, যেখানে তরলগুলি স্বতন্ত্র স্তরে মসৃণভাবে চলাচল করে এবং অশান্ত প্রবাহ, বিশৃঙ্খল এবং অনিয়মিত আন্দোলন দ্বারা চিহ্নিত। এই ফলাফলগুলি দক্ষ পাইপিং সিস্টেমের বিকাশের পথ প্রশস্ত করেছে এবং বিভিন্ন শিল্প প্রক্রিয়ায় তরল প্রবাহকে বিশ্লেষণ এবং অপ্টিমাইজ করার জন্য ইঞ্জিনিয়ারদের একটি কাঠামো দিয়েছে। তদুপরি, রেনল্ডসের গবেষণা পাইপের বাইরে এবং অ্যারোডাইনামিকসের রাজ্যে প্রসারিত হয়েছিল। তিনি বস্তুর চারপাশে বায়ুপ্রবাহ, বিশেষ করে প্রবাহ পৃথকীকরণের (differentiation) ধারণা বোঝার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য অবদান রেখেছিলেন। রেনল্ডস স্বীকার করেছেন যে যখন একটি তরল একটি বাঁকা পৃষ্ঠের উপর দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন এটি পৃষ্ঠ থেকে বিচ্ছিন্ন হতে পারে, অচল বা বিপরীত প্রবাহের অঞ্চল তৈরি করে। এই অন্তর্দৃষ্টি, যা রেনল্ডসের analogy নামে পরিচিত, এরোডাইনামিক স্ট্রাকচারের নকশায় সহায়ক হয়েছে।
প্রবাহ বিচ্ছেদ নিয়ে রেনল্ডসের কাজ বিমানের ডানা এবং রেস কারের নকশা সহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছে। কিভাবে বায়ুপ্রবাহ এই পৃষ্ঠতল থেকে পৃথক হয় তা বোঝার মাধ্যমে, প্রকৌশলীরা সর্বাধিক দক্ষতা বাড়াতে এই বস্তুর আকৃতি এবং নকশা অপ্টিমাইজ করতে সক্ষম হয়েছেন। এই জ্ঞান বিমান চালনার ক্ষেত্রে বৈপ্লবিক পরিবর্তন এনেছে । দ্রুততর এবং আরও জ্বালানি-সাশ্রয়ী বিমানের বিকাশের দিকে পরিচালিত করেছে।
তাঁর যুগান্তকারী গবেষণার পাশাপাশি, রেনল্ডস তাঁর শিক্ষা এবং পরামর্শের মাধ্যমে তরল গতিবিদ্যার ক্ষেত্রেও গুরুত্বপূর্ণ অবদান রেখেছেন। তিনি অগণিত ছাত্র এবং গবেষককে যন্ত্রবিজ্ঞানে কেরিয়ার গড়তে অনুপ্রাণিত করেছিলেন এবং এর ফলে বৈজ্ঞানিক জ্ঞানের সীমানা অগ্রসর হয়ছিল।
শেষ করি আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় দিয়ে যার নাম রেনল্ডস -গড় নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণ ( RANS সমীকরণ ) । এই বিষয়টি এখানে ছুয়ে যাচ্ছি পরে বিশদে এটি নিয়ে লেখা যাবে।
RANS সমীকরণগুলি প্রাথমিকভাবে অশান্ত প্রবাহ বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয় । নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণের আনুমানিক সময়-গড় সমাধান দিতে ফ্লো টার্বুলেন্সের বৈশিষ্ট্যগুলির জ্ঞানের উপর ভিত্তি করে এই সমীকরণগুলি আনুমানিকতার সাথে ব্যবহার করা যেতে পারে । একটি অসংকোচনীয় নিউটনিয়ান তরল একটি স্থির প্রবাহের জন্য , এই সমীকরণগুলি কার্টেসিয়ান স্থানাঙ্কে আইনস্টাইন নোটেশনে (একটি বিশেষ ধরনের গাণিতিক নোটেশন যা গাণিতিক পদার্থবিদ্যা , ডিফারেনশিয়াল জ্যামিতি এবং রৈখিক বীজগণিতে ব্যবহৃত হয় ) লেখা যেতে পারে ।
দুই-সমীকরণের টার্বুলেন্স মডেলের মূলে রয়েছে রেনল্ডস-গড় নেভিয়ার-স্টোকস (RANS) সমীকরণ। এই সমীকরণগুলির গুরুত্ব বিভিন্ন ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অশান্ত প্রবাহের আচরণ বোঝার এবং ভবিষ্যদ্বাণী করার জন্য মৌলিক । অশান্তি, বিশৃঙ্খল এবং অপ্রত্যাশিত তরল গতি দ্বারা চিহ্নিত, তরল গতিবিদ্যার ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। RANS সমীকরণগুলি সময়ের সাথে গভর্নিং নেভিয়ার-স্টোকস সমীকরণের গড় করে প্রাপ্ত হয়। এই গড় প্রক্রিয়া কার্যকরভাবে ফ্লো ভেরিয়েবলকে গড় (সময়-গড়) এবং ওঠানামাকারী উপাদানগুলিতে আলাদা করে। এটি করার মাধ্যমে, RANS সমীকরণগুলি অশান্তির একটি সরলীকৃত উপস্থাপনা প্রদান করে, যেখানে সময়-নির্ভর ওঠানামাগুলি অতিরিক্ত পরিবহন সমীকরণ দ্বারা প্যারামিটারাইজ করা হয়।