レイノルズ数とは

レイノルズ数（Re）は、流体力学に関連する無次元数です。 これは、流体に作用する力を要約するために使用される最も重要な属性の1つであり、その値に基づいて、流体の乱流または乱流の欠如が決定されます。 この名称は、19世紀後半から20世紀初頭に流体力学の多くの先駆的な研究を行ったオズボーンレイノルズにちなんで命名されました。 量の変動は、流体力学で最も有用なグラフの1つであるムーディーチャートのX軸に配置されます。

より具体的には、レイノルズ数は、流体内の乱流に寄与する慣性力と、乱流に対して作用する粘性力の比として定義されます。 別の言い方をすれば、この数字は、与えられた一連の物理的条件に対して層流または乱流になる可能性がどの程度あるかを示しています。 層流またはスムーズな流れは、流体の流れのすべてが同じ方向に動いており、これらの内部の流れが互いに影響しないことを示します。 一方、乱流は、メインフロー内で破壊または渦が発生することを示します。

層流および乱流の最も一般的な例は、流し台で見つけることができます。 水が最初に入れられ、非常に速く流れていないとき、それは明確です。 水の内部の流れのほとんどは互いに相互作用せず、同じ方向に動きます。 これは層流であり、レイノルズ数が低いことを示しています。 水の量と速度が増加すると、白に変わります。 内部の流れは乱流で互いに衝突し始め、空気を水流に導入します。

概念の別の例は、流体内を移動するオブジェクトを想像することです。 オブジェクトが速く移動するほど、液体の​​密度が高くなり、オブジェクトの移動時間が長くなるほど、流体の流れが乱れやすくなります。 流体の粘性または粘着性が高いほど、流体の厚さが乱流に対して作用する可能性が大きくなります。

数学的には、レイノルズ数は次のように定義されます。

Re = ρ * V * L / μ
Re =レイノルズ数
ρ =流体密度（通常lb / ft ³または 3）
V =速度（通常はft / sまたはm / s）
L =移動の長さ（通常はftまたはm）
パイプまたはチャネルでは、L =水力半径（通常はftまたはm）
µ =流体動粘度（通常lb /（ft * s）またはkg /（m * s）またはPa * s）

方程式から、レイノルズ数は長さに正比例することがわかります。 また、長さと流体密度に比例して変化します。 ρ 、 V 、およびLの数はすべて慣性力に寄与しますが、 µは粘性力にのみ寄与します。

Reが2,300以下の場合、流体の流れは層流と見なされます。 一方、乱流は、Reが4,000を超えると達成されます。 これら2つの量の間のレイノルズ数の値は、過渡的なフローを示し、両方のタイプのフローの特性を示すことがあります。

レイノルズ数は、流体力学のさまざまな用途で使用されます。 これは、Darcy–Weisbach方程式など、流体力学のいくつかの方程式での摩擦係数の計算に必要な部分です。 数字のもう1つの一般的な使用法は、水の中を泳ぐ生物のモデリングにあり、このアプリケーションは、シロナガスクジラなどの最大の動物から微生物を含む非常に小さな動物まで行われています。 航空機の翼などのオブジェクトの周囲の気流のモデリングにも応用できます。