Hvad er Reynolds -nummeret?
Reynolds -nummeret (RE) er et dimensionelt antal relateret til væskemekanik. Det er blandt de vigtigste egenskaber, der bruges til at opsummere de kræfter, der virker på en væske, og baseret på dens værdi bestemmes turbulensen eller manglen på turbulens af en væske. Betegnelsen er opkaldt efter Osborne Reynolds, der lavede mange banebrydende studier i fluidmekanik i slutningen af det 19. og det tidlige 20. århundrede. Variationerne i mængden er lagt ud på x-aksen på det lunefulde diagram, en af de mere nyttige grafer i væskemekanik.
Mere specifikt er Reynolds-antallet defineret som forholdet mellem inertielle kræfter, der bidrager til turbulens, til viskøse kræfter, der fungerer mod turbulens, inden for et væske. Sagt på en anden måde, antallet beskriver, hvor sandsynligt strømning er at være laminær eller turbulent for et givet sæt fysiske forhold. Laminær eller glat flow indikerer, at alt i strømmen af en væske bevæger sig i samme retning, og disse indre strømme påvirker ikke hinanden.Turbulent strømning angiver på den anden side, at forstyrrelser eller hvirvler skabes inden for hovedstrømmen.
Det mest almindelige eksempel på laminær og turbulent strømning findes ved en vask. Når vandet først er tændt og flyder ikke meget hurtigt, er det klart. De fleste af de indre strømme af vandet interagerer ikke med hinanden og bevæger sig i samme retning; Dette er laminær strømning og indikerer et lavt Reynolds -nummer. Når vandets beløb og hastigheden øges, bliver det hvidt. De interne strømme begynder at kollidere med hinanden i en turbulent strømning og indføre luft 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 væsken, og jo mere tid objektet bevæger sig, desto mere sandsynligt er væskestrømmen at være turbulent. Jo mere viskøs eller klistret en væske er, jo større er chancen for væsken tykNess vil handle mod en turbulent strøm.
Matematisk defineres Reynolds -nummeret 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 = rejse længde (normalt ft eller m)
I et rør eller kanal, l = hydraulisk radius (normalt ft eller m)
µ = væskedynamisk viskositet (normalt lb/(ft*s) eller kg/(m*s) eller pa*s)
Fra ligningen kan det ses, at Reynolds -nummeret er i direkte forhold til længden. Det varierer også proportionalt med længden og væsketætheden. Tallene ρ , v og l alle bidrager til de inertielle kræfter, hvorimod µ kun bidrager til de viskøse kræfter.
For RE af 2.300 eller mindre betragtes væskestrømmen som laminær. Turbulent strømning opnås på den anden side WHEN Re er større end 4.000. Værdier for Reynolds -nummeret mellem disse to mængder angiver overgangsstrømme, som kan udvise karakteristika for begge typer flow.
Reynolds -nummeret bruges i mange forskellige anvendelser af væskemekanik. Det er en nødvendig del af friktionsfaktorberegninger i nogle ligninger i væskemekanik, såsom Darcy - Weisbach -ligningen. En anden almindelig brug af antallet kommer i modelleringen af organismer, der svømmer gennem vand, og denne anvendelse er blevet udført fra de største dyr - såsom den blå hval - til meget små dyr, inklusive mikroorganismer. Det har endda applikationer i modellering af luftstrøm omkring genstande, såsom vingerne i et fly.