Число Рейнольдса (Re) — это безразмерное число, относящееся к гидромеханике. Это один из наиболее важных атрибутов, используемых для обобщения сил, действующих на жидкость, и, исходя из его значения, турбулентность или определяется отсутствие турбулентности жидкости. Обозначение названо в честь Осборна Рейнольдса, который провел множество новаторских исследований в области механики жидкости в конце 19 и начале 20 веков. Изменения количества отложены по оси X диаграммы Moody, одной из более полезные графики в гидромеханике.
В частности, число Рейнольдса определяется как отношение сил инерции, которые способствуют турбулентности, к силам вязкости, которые противодействуют турбулентности внутри жидкости. Иными словами, число описывает, насколько вероятно течение будет ламинарным или турбулентным для данного набора физических условий. Ламинарный или плавный поток указывает на то, что все в потоке жидкости движется в одном направлении, и эти внутренние потоки не влияют друг на друга. С другой стороны, турбулентный поток указывает на то, что в основном потоке создаются разрывы или завихрения.
Наиболее распространенный пример ламинарного и турбулентного течения можно найти в раковине. Когда вода включается впервые и течет не очень быстро, она чистая. Большинство внутренних потоков воды не взаимодействуют друг с другом и движутся в одном направлении; это ламинарный поток и указывает на низкое число Рейнольдса. По мере увеличения количества и скорости воды она становится белой. Внутренние потоки начинают сталкиваться друг с другом в турбулентном потоке, внося в поток воды воздух.
Другой пример концепции — представить объект, движущийся через жидкость. Чем быстрее движется объект, чем плотнее жидкость, и чем больше времени объект движется, тем более вероятно, что поток жидкости будет турбулентным. Чем более вязкая или липкая жидкость, тем больше вероятность того, что толщина жидкости будет противодействовать турбулентному потоку.
Математически число Рейнольдса определяется как:
Re = ρ * V * L / µ
Где Re = число Рейнольдса
ρ = плотность жидкости (обычно фунт/фут3 или
В = скорость (обычно футы/с или м/с)
L = длина пути (обычно футы или м)
В трубе или канале L = гидравлический радиус (обычно футы или м)
µ = гидродинамика вязкость (обычно фунт/(фут*с) или кг/(м*с) или Па*с)
Из уравнения видно, что число Рейнольдса прямо пропорционально длине. Она также изменяется пропорционально длине и плотности жидкости. Числа ρ, V и L все вносят вклад в силы инерции, тогда как µ вносят вклад только в силы вязкости. .
При Re 2300 и менее течение жидкости считается ламинарным. С другой стороны, турбулентный поток достигается, когда Re больше 4000. Значения числа Рейнольдса между этими двумя величинами указывают на переходные течения, которые могут проявлять характеристики обоих типов течения.
Число Рейнольдса используется во многих различных приложениях гидромеханики. Это необходимая часть расчета коэффициента трения в некоторых уравнениях гидромеханики, таких как уравнение Дарси – Вейсбаха. Другое распространенное использование числа связано с моделированием организмов, плавающих в воде, и это приложение было сделано от самых крупных животных, таких как синий кит, до очень маленьких животных, включая микроорганизмы. У него даже есть приложения для моделирования воздушного потока вокруг объектов, таких как крылья самолета.
