Co je Reynoldsovo číslo?
Reynoldsovo číslo (Re) je bezrozměrné číslo vztahující se k mechanice tekutin. Je to jeden z nejdůležitějších atributů použitých pro shrnutí sil působících na tekutinu a na základě její hodnoty se určuje turbulence nebo absence turbulence tekutiny. Název je pojmenován pro Osborna Reynoldse, který na konci 19. a počátku 20. století provedl mnoho průkopnických studií mechaniky tekutin. Rozdíly v množství jsou rozloženy na ose X Moody Chart, jednoho z užitečnějších grafů v mechanice tekutin.
Konkrétněji je Reynoldsovo číslo definováno jako poměr inerciálních sil, které přispívají k turbulenci, k viskózním silám, které působí proti turbulenci, v tekutině. Jinými slovy, číslo popisuje, jak je pravděpodobné, že tok bude laminární nebo turbulentní pro danou sadu fyzikálních podmínek. Laminární nebo hladký tok znamená, že vše v proudu tekutiny se pohybuje stejným směrem a tyto vnitřní toky se navzájem neovlivňují. Na druhé straně turbulentní tok naznačuje, že v hlavním toku jsou vytvářeny poruchy nebo víry.
Nejběžnější příklad laminárního a turbulentního proudění lze nalézt u dřezu. Když je voda poprvé zapnuta a neteče příliš rychle, je čistá. Většina vnitřních toků vody vzájemně neinteraguje a pohybuje se stejným směrem; toto je laminární tok a ukazuje nízké Reynoldsovo číslo. Se zvyšujícím se množstvím a rychlostí vody zčerná. Vnitřní toky se začínají střetávat navzájem v turbulentním proudu, přivádějícím vzduch do proudu vody.
Dalším příkladem tohoto konceptu je představit si objekt pohybující se skrz tekutinu. Čím rychleji se objekt pohybuje, tím je kapalina hustší a čím více se objekt pohybuje, tím je větší pravděpodobnost turbulence. Čím viskóznější nebo lepkavější tekutina je, tím větší je pravděpodobnost, že tloušťka tekutiny bude působit proti turbulentnímu proudění.
Matematicky je Reynoldsovo číslo definováno jako:
Re = ρ * V * L / µ
Kde Re = Reynoldsovo číslo
ρ = hustota kapaliny (obvykle lb / ft 3 nebo
V = rychlost (obvykle ft / s nebo m / s)
L = délka jízdy (obvykle ft nebo m)
V potrubí nebo kanálu L = hydraulický poloměr (obvykle ft nebo m)
µ = dynamická viskozita kapaliny (obvykle lb / (ft * s) nebo kg / (m * s) nebo Pa * s)
Z rovnice je vidět, že Reynoldsovo číslo je v přímém poměru k délce. Rovněž se mění úměrně délce a hustotě tekutiny. Všechna čísla ρ , V a L přispívají k setrvačným silám, zatímco µ přispívá pouze k viskozním silám.
Pro Re 2 300 nebo méně se tok tekutiny považuje za laminární. Na druhé straně turbulentního toku je dosaženo, když Re je větší než 4 000. Hodnoty Reynoldsova čísla mezi těmito dvěma veličinami označují přechodné toky, které mohou vykazovat charakteristiky obou typů toků.
Reynoldsovo číslo se používá v mnoha různých aplikacích mechaniky tekutin. Je to nezbytná součást výpočtů třecích faktorů v některých rovnicích v mechanice tekutin, jako je Darcy-Weisbachova rovnice. Další běžné použití čísla spočívá v modelování organismů plavajících se po vodě a tato aplikace se provádí od největších zvířat - jako je modrá velryba - až po velmi malá zvířata, včetně mikroorganismů. Má dokonce aplikace pro modelování proudění vzduchu kolem předmětů, jako jsou křídla letadla.