Vad är Reynolds-numret?
Reynolds-numret (Re) är ett måttfritt nummer relaterat till fluidmekanik. Det är bland de viktigaste attributen som används för att sammanfatta krafterna som verkar på en vätska och, baserat på dess värde, bestäms turbulensen eller bristen på turbulens hos en fluid. Beteckningen är uppkallad efter Osborne Reynolds, som gjorde många banbrytande studier inom fluidmekanik i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet. Variationerna i mängden anges på X-axeln i Moody Chart, en av de mer användbara graferna inom fluidmekanik.
Mer specifikt definieras Reynolds-talet som förhållandet mellan tröghetskrafter, som bidrar till turbulens, och viskösa krafter, som verkar mot turbulens, i en vätska. Sagt på ett annat sätt, numret beskriver hur troligt flöde är att vara laminärt eller turbulent för en viss uppsättning fysiska förhållanden. Laminärt, eller jämnt, flöde indikerar att allt i en vätskeflöde rör sig i samma riktning och dessa inre flöden påverkar inte varandra. Turbulent flöde, å andra sidan, indikerar att störningar eller virvel skapas i huvudflödet.
Det vanligaste exemplet på laminär och turbulent flöde finns vid en diskbänk. När vattnet först slås på och inte flyter särskilt snabbt är det klart. De flesta av de inre flödena i vattnet interagerar inte med varandra och rör sig i samma riktning; detta är laminärt flöde och indikerar ett lågt Reynolds-nummer. När mängden och hastigheten på vattnet ökar blir det vitt. De inre flödena börjar kollidera med varandra i ett turbulent flöde och sätter luft i vattenströmmen.
Ett annat exempel på konceptet är att föreställa sig ett objekt som rör sig genom en vätska. Ju snabbare objektet rör sig, desto tätare är vätskan, och ju mer tid objektet rör sig, desto mer troligt är fluidflödet att vara turbulent. Ju mer viskös eller klibbig en vätska är, desto större är chansen att fluidens tjocklek kommer att verka mot ett turbulent flöde.
Matematiskt definieras Reynolds-numret som:
Re = ρ * V * L / µ
Där Re = Reynolds nummer
ρ = vätsketäthet (vanligtvis lb / ft 3 eller
V = hastighet (vanligtvis ft / s eller m / s)
L = resans längd (vanligtvis ft eller m)
I ett rör eller kanal är L = hydraulisk radie (vanligtvis ft eller m)
µ = dynamisk viskositet för vätska (vanligtvis lb / (ft * s) eller kg / (m * s) eller Pa * s)
Från ekvationen kan man se att Reynolds-talet står i direkt proportion till längden. Det varierar också proportionellt mot längden och vätskedensiteten. Siffrorna ρ , V och L bidrar alla till tröghetskrafterna, medan µ endast bidrar till de viskösa krafterna.
För Re på 2 300 eller mindre anses vätskeflödet vara laminärt. Turbulent flöde å andra sidan uppnås när Re är större än 4 000. Värden för Reynolds-antalet mellan dessa två kvantiteter indikerar övergångsflöden, som kan uppvisa egenskaper för båda flödestyperna.
Reynolds-numret används i många olika tillämpningar av fluidmekanik. Det är en nödvändig del av beräkningar av friktionsfaktorer i vissa ekvationer i fluidmekanik, till exempel Darcy – Weisbach-ekvationen. En annan vanlig användning av numret kommer i modellering av organismer som simmar genom vatten, och denna applikation har gjorts från de största djuren - som blåhvalen - till mycket små djur, inklusive mikroorganismer. Det har till och med tillämpningar för att modellera luftflöde runt föremål, till exempel flygplanets vingar.