Hva er Reynolds-tallet?
Reynolds-tallet (Re) er et dimensjonsløst tall relatert til væskemekanikk. Det er blant de viktigste egenskapene som brukes for å oppsummere kreftene som virker på en væske, og basert på dens verdi bestemmes turbulensen eller mangelen på turbulens for en væske. Betegnelsen er oppkalt etter Osborne Reynolds, som gjorde mange banebrytende studier innen fluidmekanikk på slutten av 1800- og begynnelsen av 1900-tallet. Variasjonene i mengden er lagt ut på X-aksen til Moody Chart, en av de mer nyttige grafer i fluidmekanikk.
Mer spesifikt er Reynolds-tallet definert som forholdet mellom treghetskrefter, som bidrar til turbulens, og tyktflytende krefter, som virker mot turbulens, i en væske. Sagt på en annen måte, tallet beskriver hvor sannsynlig strømning vil være laminær eller turbulent for et gitt sett med fysiske forhold. Laminær, eller jevn flyt, indikerer at alt i væskestrømmen beveger seg i samme retning og at de indre strømningene ikke påvirker hverandre. Turbulent strømning derimot indikerer at forstyrrelser eller virvler skapes i hovedstrømmen.
Det vanligste eksemplet på laminær og turbulent strømning finner du ved vasken. Når vannet først slås på og ikke strømmer veldig raskt, er det klart. De fleste av de indre strømningene av vannet samhandler ikke med hverandre og beveger seg i samme retning; dette er laminær strømning og indikerer et lavt Reynolds-tall. Når mengden og hastigheten på vannet øker, blir det hvitt. De indre strømningene begynner å kollidere med hverandre i en turbulent strøm, og innfører luft i vannstrømmen.
Et annet eksempel på konseptet er å forestille seg et objekt som beveger seg gjennom en væske. Jo raskere objektet beveger seg, jo tettere væske, og jo mer tid gjenstanden beveger seg, desto mer sannsynlig er fluidstrømmen å være turbulent. Jo mer tyktflytende eller klissete en væske er, jo større er sjansen for at fluidets tykkelse vil virke mot en turbulent strømning.
Matematisk er Reynolds-tallet definert som:
Re = ρ * V * L / µ
Hvor Re = Reynolds nummer
ρ = væsketetthet (vanligvis lb / ft 3 eller
V = hastighet (vanligvis ft / s eller m / s)
L = reiselengde (vanligvis ft eller m)
I et rør eller kanal, L = hydraulisk radius (vanligvis ft eller m)
µ = flytende dynamisk viskositet (vanligvis lb / (ft * s) eller kg / (m * s) eller Pa * s)
Fra ligningen kan man se at Reynolds-tallet er i direkte forhold til lengden. Det varierer også proporsjonalt med lengden og væsketettheten. Tallene ρ , V og L bidrar alle til treghetskreftene, mens µ bare bidrar til de viskøse kreftene.
For Re på 2.300 eller mindre, anses væskestrømning å være laminær. Turbulent flyt oppnås derimot når Re er større enn 4.000. Verdier for Reynolds-tallet mellom disse to mengdene indikerer overgangsstrømmer, som kan utvise egenskaper for begge flytestypene.
Reynolds-tallet brukes i mange forskjellige anvendelser av fluidmekanikk. Det er en nødvendig del av friksjonsfaktorberegninger i noen ligninger i fluidmekanikk, for eksempel Darcy – Weisbach-ligningen. En annen vanlig bruk av tallet kommer i modellering av organismer som svømmer gjennom vann, og denne applikasjonen er gjort fra de største dyrene - som blåhvalen - til veldig små dyr, inkludert mikroorganismer. Den har til og med bruksområder i modellering av luftstrøm rundt gjenstander, for eksempel vingene til et fly.