Hvad er Reynolds-nummeret?
Reynolds-nummeret (Re) er et dimensionløst tal relateret til væskemekanik. Det er blandt de vigtigste attributter, der bruges til at opsummere kræfterne, der virker på en væske, og på baggrund af dens værdi bestemmes turbulensen eller manglen på turbulens for en væske. Betegnelsen er navngivet til Osborne Reynolds, der foretog mange banebrydende undersøgelser inden for fluidmekanik i slutningen af det 19. og det tidlige 20. århundrede. Variationerne i mængden er lagt på X-aksen i Moody Chart, en af de mere nyttige grafer inden for fluidmekanik.
Mere specifikt er Reynolds-tallet defineret som forholdet mellem inertielle kræfter, der bidrager til turbulens, og viskøse kræfter, der virker mod turbulens, i en væske. Sagt på en anden måde beskriver tallet, hvor sandsynligt strømning er at være laminær eller turbulent for et givet sæt fysiske forhold. Laminær, eller jævn, strøm indikerer, at alt i strømningen af en væske bevæger sig i samme retning, og at disse indre strømme ikke påvirker hinanden. Turbulent strømning på den anden side indikerer, at der opstår forstyrrelser eller hvirvler inden for hovedstrømmen.
Det mest almindelige eksempel på laminær og turbulent strømning findes ved en vask. Når vandet først tændes og ikke flyder meget hurtigt, er det klart. De fleste af de indre vandstrømme interagerer ikke med hinanden og bevæger sig i samme retning; dette er laminær strømning og angiver et lavt Reynolds-tal. Når vandets mængde og hastighed øges, bliver det hvidt. De indre strømme begynder at kollidere med hinanden i en turbulent strøm, hvor luft indføres i vandstrømmen.
Et andet eksempel på konceptet er at forestille sig et objekt, der bevæger sig gennem en væske. Jo hurtigere objektet bevæger sig, jo tættere er væsken, og jo mere tid objektet bevæger sig, desto mere sandsynligt er fluidstrømningen at være turbulent. Jo mere tyktflydende eller klæbrig en væske er, jo større er chancen for, at fluidets tykkelse vil virke mod en turbulent strømning.
Matematisk defineres Reynolds-tallet som:
Re = ρ * V * L / µ
Hvor Re = Reynolds nummer
ρ = væsketæthed (normalt lb / ft 3 eller
V = hastighed (normalt ft / s eller m / s)
L = kørelængde (normalt ft eller m)
I et rør eller kanal er L = hydraulisk radius (normalt ft eller m)
µ = dynamisk viskositet i fluidum (normalt lb / (ft * s) eller kg / (m * s) eller Pa * s)
Fra ligningen kan det ses, at Reynolds-tallet er i direkte forhold til længden. Det varierer også proportionalt med længden og væsketætheden. Tallene ρ , V og L bidrager alle til de inertielle kræfter, mens µ kun bidrager til de viskose kræfter.
For Re på 2.300 eller derunder betragtes væskestrømning som laminær. Turbulent strømning opnås derimod, når Re er større end 4.000. Værdier for Reynolds-tallet mellem disse to mængder angiver overgangsstrømme, som kan udvise karakteristika for begge typer strømning.
Reynolds-nummeret bruges i mange forskellige anvendelser af fluidmekanik. Det er en nødvendig del af friktionsfaktorberegningerne i nogle ligninger i fluidmekanik, såsom Darcy – Weisbach-ligningen. En anden almindelig anvendelse af antallet kommer i modellering af organismer, der svømmer gennem vand, og denne anvendelse er gjort fra de største dyr - såsom blåhvalen - til meget små dyr, herunder mikroorganismer. Det har endda anvendelser til modellering af luftstrøm omkring genstande, såsom vingerne på et fly.