Qual è il numero di Reynolds?
Il numero di Reynolds (Re) è un numero senza dimensioni relativo alla meccanica dei fluidi. È tra gli attributi più importanti usati per riassumere le forze che agiscono su un fluido e, in base al suo valore, viene determinata la turbolenza o la mancanza di turbolenza di un fluido. La designazione prende il nome da Osborne Reynolds, che fece molti studi pionieristici sulla meccanica dei fluidi tra la fine del XIX e l'inizio del XX secolo. Le variazioni della quantità sono disposte sull'asse X del grafico lunatico, uno dei grafici più utili nella meccanica dei fluidi.
Più specificamente, il numero di Reynolds è definito come il rapporto tra forze inerziali, che contribuiscono alla turbolenza, alle forze viscose, che agiscono contro la turbolenza, all'interno di un fluido. In altre parole, il numero descrive la probabilità che il flusso sia laminare o turbolento per un determinato insieme di condizioni fisiche. Il flusso laminare o regolare indica che tutto nel flusso di un fluido si sta muovendo nella stessa direzione e questi flussi interni non si influenzano a vicenda. Il flusso turbolento, d'altra parte, indica che interruzioni o vortici vengono creati all'interno del flusso principale.
L'esempio più comune di flusso laminare e turbolento può essere trovato in un lavandino. Quando l'acqua viene accesa per la prima volta e non scorre molto velocemente, è chiara. La maggior parte dei flussi interni dell'acqua non interagiscono tra loro e si muovono nella stessa direzione; questo è un flusso laminare e indica un basso numero di Reynolds. All'aumentare della quantità e della velocità dell'acqua, diventa bianca. I flussi interni iniziano a scontrarsi tra loro in un flusso turbolento, introducendo aria nel flusso d'acqua.
Un altro esempio del concetto è immaginare un oggetto che si muove attraverso un fluido. Più veloce si muove l'oggetto, più denso è il liquido e più tempo si muove, più è probabile che il flusso del fluido sia turbolento. Più un fluido è viscoso o appiccicoso, maggiori sono le possibilità che lo spessore del fluido agisca contro un flusso turbolento.
Matematicamente, il numero di Reynolds è definito come:
Ri = ρ * V * L / µ
Dove Re = numero di Reynolds
ρ = densità del fluido (di solito lb / ft 3 o
V = velocità (di solito ft / so m / s)
L = lunghezza della corsa (di solito ft o m)
In un tubo o canale, L = raggio idraulico (di solito ft o m)
µ = viscosità dinamica del fluido (generalmente lb / (ft * s) o kg / (m * s) o Pa * s)
Dall'equazione, si può vedere che il numero di Reynolds è direttamente proporzionale alla lunghezza. Inoltre varia proporzionalmente alla lunghezza e alla densità del fluido. I numeri ρ , V e L contribuiscono tutti alle forze inerziali, mentre µ contribuisce solo alle forze viscose.
Per Re di 2.300 o meno, il flusso di fluido è considerato laminare. Il flusso turbolento, d'altra parte, si ottiene quando Re è maggiore di 4.000. I valori per il numero di Reynolds tra queste due quantità indicano flussi transitori, che possono presentare caratteristiche di entrambi i tipi di flusso.
Il numero di Reynolds è utilizzato in molte diverse applicazioni della meccanica dei fluidi. È una parte necessaria dei calcoli del fattore di attrito in alcune equazioni della meccanica dei fluidi, come l'equazione di Darcy-Weisbach. Un altro uso comune del numero è rappresentato dalla modellizzazione di organismi che nuotano nell'acqua e questa applicazione è stata fatta dai più grandi animali - come la balenottera azzurra - ad animali molto piccoli, inclusi i microrganismi. Ha anche applicazioni nella modellazione del flusso d'aria intorno agli oggetti, come le ali di un aereo.