Αριθμός Reynolds | Είναι 10+ σημαντικά γεγονότα

Περιεχόμενο

Ορισμός αριθμού Reynolds

"Ο αριθμός Reynolds είναι ο λόγος των αδρανειακών δυνάμεων προς τις ιξώδεις δυνάμεις."

Ο αριθμός Reynolds είναι ένας αριθμός χωρίς διάσταση που χρησιμοποιείται για τη μελέτη των συστημάτων ρευστού με διάφορους τρόπους όπως το σχέδιο ροής ενός υγρού, η φύση της ροής και διάφορες παράμετροι μηχανικής ρευστού. Ο αριθμός του Reynold είναι επίσης σημαντικός στη μελέτη μεταφοράς θερμότητας. Έχουν αναπτυχθεί πολλές συσχετίσεις, συμπεριλαμβανομένου του αριθμού του Reynold στη μηχανική ρευστών, την τριβολογία και τη μεταφορά θερμότητας. Η προετοιμασία διαφόρων φαρμάκων στο φαρμακείο απαιτούσε τη μελέτη αριθμού του Reynold.

Είναι στην πραγματικότητα μια αναπαράσταση και σύγκριση της δύναμης αδράνειας και της ιξώδους δύναμης.

Εξίσωση αριθμού Reynolds

Ο αδιάστατος αριθμός του Reynold αντιπροσωπεύει εάν το ρευστό ρευστό θα ήταν στρωτή ροή ή τυρβώδης ροή, λαμβάνοντας υπόψη ορισμένες ιδιότητες όπως η ταχύτητα, το μήκος, το ιξώδες και ο τύπος ροής. Ο αριθμός του Reynold συζητήθηκε ως εξής:

Ο αριθμός του Reynold ορίζεται γενικά ως ο λόγος δύναμης αδράνειας προς την ιξώδη δύναμη και χαρακτηρίζει τη φύση της ροής όπως στρωτή, τυρβώδης κλπ. Ας δούμε από την εξίσωση όπως παρακάτω,

Re = \ frac {Inersia force} {ιξώδης δύναμη}

Δύναμη αδράνειας = \ rho AV ^ {2}

Ιξώδης δύναμη = \ frac {\ mu VA} {D}

Βάζοντας τη δύναμη αδράνειας και την έκφραση ιξώδους δύναμης στην έκφραση αριθμού του Reynold, παίρνουμε

Re = \ frac {\\ rho VD} {\ mu}

Στην παραπάνω εξίσωση,

Re = αριθμός Reynold (αριθμός χωρίς διάσταση)

? = πυκνότητα υγρού (kg / m3)

V = ταχύτητα ροής (m / s)

D = Διάμετρος ροής ή σωλήνα / Μήκος χαρακτηριστικών (m)

μ = Ιξώδες υγρού (N * s / m2)

Αριθμός μονάδων Reynolds

Ο αριθμός του Reynold είναι αδιάστατος. Δεν υπάρχει μονάδα αριθμού Reynolds.

Αριθμός Reynolds για στρωτή ροή

Η αναγνώριση της ροής μπορεί να είναι δυνατή γνωρίζοντας τον αριθμό του Reynold. Ο αριθμός της στρωτής ροής του Reynold είναι μικρότερος από 2000. Σε ένα πείραμα, εάν λάβετε μια τιμή του αριθμού Reynold μικρότερη από 2000, τότε μπορείτε να πείτε ότι η ροή είναι στρωτή.

Reynolds αριθμός νερού

Η εξίσωση του αριθμού του Reynold δίνεται ως

Reynolds number = \ frac {Πυκνότητα ρευστού \ cdot ταχύτητα ροής \ cdot Διάμετρος ροής / Μήκος} {Ιξώδες ρευστού}

Εάν αναλύσουμε την παραπάνω εξίσωση, η τιμή του αριθμού Reynolds εξαρτάται από την πυκνότητα του ρευστού, την ταχύτητα ροής, τη διάμετρο ροής άμεσα και αντίστροφα με το ιξώδες του ρευστού. Εάν το υγρό είναι νερό, τότε η πυκνότητα και το ιξώδες του νερού είναι οι παράμετροι που εξαρτώνται άμεσα από το νερό.

στρωτή σε ταραχώδη
Πιστοποίηση εικόνας: βιβλία από κοντά στο Σιάτλ, ΗΠΑ, Laminar to Turbulent - Flickr - brewbooksCC BY-SA 2.0

Αριθμός Reynolds για τυρβώδη ροή

Γενικά, το πείραμα αριθμού Reynolds μπορεί να προβλέψει το μοτίβο ροής. Εάν η τιμή του αριθμού του Reynold είναι> 4000, τότε η ροή θεωρείται ως ταραχώδης φύση.

Συντελεστής έλξης (Cd) έναντι αριθμού Reynolds (Re) σε διάφορα αντικείμενα

Πιστοποίηση εικόνας: "Αρχείο: Drag Coefficient (Cd) vs Reynolds number (Re) in διάφορα Objects.png" από τους Welty, Wicks, Wilson, Rorrer. έχει άδεια βάσει CC BY-SA 4.0

Reynolds αριθμός σε ένα σωλήνα

Εάν το ρευστό ρέει μέσω του σωλήνα, θέλουμε να υπολογίσουμε τον αριθμό ρευστού του Reynold που ρέει μέσω ενός σωλήνα. Οι άλλες όλες οι παράμετροι εξαρτώνται από τον τύπο του υγρού, αλλά η διάμετρος λαμβάνεται ως σωλήνας Υδραυλική διάμετρος DH (Για αυτό, η ροή πρέπει να βγαίνει σωστά από το σωλήνα)

Reynolds number = \ frac {Πυκνότητα ρευστού \ cdot ταχύτητα ροής \ cdot Υδραυλική διάμετρος ροής / Μήκος} {Ιξώδες ρευστού}

Reynolds αριθμός αέρα

Όπως έχουμε συζητήσει στο Αριθμός Reynold για νερό, Ο αριθμός Reynold για τον αέρα εξαρτάται άμεσα από την πυκνότητα αέρα και το ιξώδες.

Εύρος αριθμών Reynolds

Ο αριθμός του Reynold είναι τα κριτήρια για να γνωρίζουμε εάν η ροή είναι τυρβώδης ή στρωτή.

Αν θεωρήσουμε ότι η ροή είναι εσωτερική τότε,

Εάν η ροή Re <(2000 έως 2300) θεωρείται στρωτή χαρακτηριστικά,

 Το Re> 4000 αντιπροσωπεύει τυρβώδη ροή

Εάν η τιμή του Re είναι μεταξύ (δηλαδή 2000 έως 4000) αντιπροσωπεύει τη ροή μετάβασης.

Διάγραμμα αριθμών Reynolds

Το διάγραμμα ευμετάβλητων γράφεται μεταξύ του αριθμού Reynolds και του συντελεστή τριβής για διαφορετική τραχύτητα.

Μπορούμε να βρούμε τον συντελεστή τριβής Darcy-Weisbach με τον αριθμό Reynold. Υπάρχει μια αναλυτική συσχέτιση που αναπτύχθηκε για να βρει τον παράγοντα τριβής.

Αριθμός Reynolds
Ο αριθμός του Reynold σε Moody Diagram Wikipedia
Πίστωση Αρχικό διάγραμμα: S Beck and R Collins, University of Sheffield (Donebythesecondlaw at Αγγλικά Wikipedia) Μετατροπή σε SVG: Marc.derumauxMoody ENCC BY-SA 4.0

Το Reynolds αριθμεί κινηματικό ιξώδες

Το κινηματικό ιξώδες δίνεται ως,

Κινητικό ιξώδες = \ frac {Ιξώδες υγρού} {Πυκνότητα υγρού}

Η εξίσωση του αριθμού του Reynold,

Reynolds number = \ frac {Πυκνότητα ρευστού \ cdot ταχύτητα ροής \ cdot Υδραυλική διάμετρος ροής / Μήκος} {Ιξώδες ρευστού}

Η παραπάνω εξίσωση σχηματίζεται όπως παρακάτω εάν την γράψετε με τη μορφή κινηματικού ιξώδους,

[Reynolds number = \ frac {ταχύτητα ροής \ cdot Υδραυλική διάμετρος ροής / Μήκος} {Κινηματικό ιξώδες ρευστού}

Re = \ frac {VD} {\ nu}

Αριθμός κυλίνδρων Reynolds

Εάν το ρευστό ρέει μέσω του κυλίνδρου και θέλουμε να υπολογίσουμε τον αριθμό Reynold του ρευστού που ρέει μέσω του κυλίνδρου. Οι άλλες όλες οι παράμετροι εξαρτώνται από τον τύπο του υγρού, αλλά η διάμετρος λαμβάνεται ως υδραυλική διάμετρος DH (Για αυτό, η ροή πρέπει να βγαίνει σωστά από τον κύλινδρο)

Ρυθμός ροής μάζας αριθμού Reynolds

Στη συνέχεια αναλύουμε την εξίσωση αριθμών του Reynold εάν θέλουμε να δούμε τη σχέση μεταξύ του αριθμού του Reynold και του ρυθμού ροής μάζας.

Re = \ frac {\ rho VD} {\ mu}

Όπως γνωρίζουμε από την εξίσωση συνέχειας, ο ρυθμός ροής μάζας εκφράζεται όπως παρακάτω,

m = \ rho \ cdot A \ cdot V

Βάζοντας τιμές του ρυθμού ροής μάζας στην εξίσωση αριθμού Reynolds,

Re = \ frac {m \ cdot D} {A \ cdot \ mu}

Μπορεί να σημειωθεί ξεκάθαρα από την παραπάνω έκφραση ότι ο αριθμός του Reynold έχει άμεση σχέση με τον ρυθμό ροής μάζας.

Αριθμός στρωμάτων έναντι τυρβώδους ροής Reynolds | Reynolds αριθμός στρωτής έναντι τυρβώδους

Γενικά, στη μηχανική ρευστών, αναλύουμε δύο τύπους ροής. Το ένα είναι η στρωτή ροή που λαμβάνει χώρα σε χαμηλή ταχύτητα, και μια άλλη είναι η τυρβώδης ροή που γενικά συμβαίνει σε υψηλή ταχύτητα. Το όνομά του περιγράφει τη στρωτή ροή καθώς τα σωματίδια ρευστού ρέουν στο έλασμα (γραμμικό) καθ 'όλη τη ροή. Σε τυρβώδη ροή, το υγρό κινείται με τυχαία κίνηση καθ 'όλη τη ροή.

Ας κατανοήσουμε λεπτομερώς αυτό το σημαντικό σημείο,

Αριθμός Reynolds για Στρωτή και τυρβώδης ροή
Πιστοποίηση εικόνας:JoseasorrentinoΜετάβαση στρωτή και τυρβώδηςCC BY-SA 3.0

Στρωτή ροή

Στη στρωτή ροή, τα παρακείμενα στρώματα ρευστών σωματιδίων δεν τέμνονται μεταξύ τους και οι ροές σε παράλληλες κατευθύνσεις είναι γνωστές ως στρωτή ροή.

Στη στρωτή ροή, όλα τα στρώματα ρευστού ρέουν σε ευθεία γραμμή.

  • Υπάρχει πιθανότητα εμφάνισης στρωτής ροής όταν το υγρό ρέει με χαμηλή ταχύτητα και η διάμετρος του σωλήνα είναι μικρή.
  • Η ροή ρευστού με αριθμό Reynold μικρότερο από 2000 θεωρείται στρωτή ροή.
  • Η ροή υγρού είναι πολύ γραμμική. Υπάρχει η τομή των γειτονικών στρωμάτων του υγρού και ρέουν παράλληλα μεταξύ τους και με την επιφάνεια του σωλήνα.
  • Στη στρωτή ροή, η διατμητική τάση εξαρτάται μόνο από το ιξώδες του υγρού και ανεξάρτητα από την πυκνότητα του υγρού.

Ταραχώδης ροή

Η τυρβώδης ροή είναι αντίθετη από τη στρωτή ροή. Εδώ, στη ροή ρευστού, τα παρακείμενα στρώματα του ρέοντος υγρού τέμνονται μεταξύ τους και δεν ρέουν παράλληλα μεταξύ τους, γνωστά ως τυρβώδης ροή.

Τα παρακείμενα στρώματα ρευστού ή σωματίδια ρευστού δεν ρέουν σε ευθεία γραμμή σε τυρβώδη ροή. Ρέουν τυχαία σε κατευθύνσεις ζιγκ-ζαγκ.

  • Η τυρβώδης ροή είναι δυνατή εάν η ταχύτητα του ρέοντος υγρού είναι υψηλή και η διάμετρος του σωλήνα είναι μεγαλύτερη.
  • Η τιμή του αριθμού του Reynold μπορεί να προσδιορίσει την ταραχώδη ροή. Εάν η τιμή του αριθμού του Reynold είναι μεγαλύτερη από 4000, τότε η ροή θεωρείται τυρβώδης ροή.
  • Το ρέον ρευστό δεν ρέει μονοκατευθυντικό. Υπάρχει ανάμιξη ή τομή διαφορετικών ρευστών στρωμάτων, και δεν ρέουν παράλληλα μεταξύ τους αλλά διασταυρώνονται μεταξύ τους.
  • Η τάση διάτμησης εξαρτάται από την πυκνότητά της σε μια τυρβώδη ροή.

Αριθμός Reynolds για επίπεδη πλάκα

Αν αναλύσουμε τη ροή πάνω από μια επίπεδη πλάκα, τότε ο αριθμός Reynolds υπολογίζεται από το μήκος των χαρακτηριστικών της επίπεδης πλάκας.

Re = \ frac {\ rho VL} {\ mu}

Στην παραπάνω εξίσωση, η διάμετρος D αντικαθίσταται από το L, το οποίο είναι το χαρακτηριστικό μήκος ροής πάνω από μια επίπεδη πλάκα.

Αριθμός Reynolds έναντι συντελεστή μεταφοράς

Ας υποθέσουμε ότι η τιμή του αριθμού του Reynold είναι μικρότερη από τη δύναμη αδράνειας. Υπάρχει μια υψηλότερη ιξώδης δύναμη που κυριαρχεί στη δύναμη αδράνειας.

Εάν το ιξώδες υγρού είναι υψηλότερο, τότε η δύναμη έλξης είναι υψηλότερη.

Reynolds αριθμός σφαίρας

Εάν θέλετε να τον υπολογίσετε για αυτήν την περίπτωση, ο τύπος είναι

Re = \ frac {\ rho VD} {\ mu}

Εδώ, η διάμετρος D λαμβάνεται ως υδραυλική διάμετρος σφαίρας σε υπολογισμούς όπως κύλινδρος και σωλήνας.

Τι είναι ο αριθμός Reynolds;

Ο αριθμός του Reynold είναι ο λόγος της δύναμης αδράνειας προς την ιξώδη δύναμη. Το Re το υποδεικνύει. Είναι ένας αριθμός χωρίς διάσταση.

Re = \ frac {Inersia force} {ιξώδης δύναμη}

Σημασία του αριθμού Reynolds | Φυσική σημασία του αριθμού Reynolds

Ο αριθμός του Reynold δεν είναι τίποτα άλλο από τη σύγκριση δύο δυνάμεων. Το ένα είναι η δύναμη αδράνειας και το δεύτερο είναι η ιξώδης δύναμη. Αν πάρουμε και τις δύο αναλογίες δύναμης, δίνει έναν αριθμό χωρίς διάσταση γνωστός ως αριθμός Reynold. Αυτός ο αριθμός βοηθά να γνωρίζουμε τα χαρακτηριστικά ροής και να γνωρίζουμε ποια από τις δύο δυνάμεις επηρεάζει περισσότερο τη ροή. Ο αριθμός Reynold είναι επίσης σημαντικός για την εκτίμηση μοτίβου ροής.

   Ιξώδης δύναμη -> Υψηλότερη -> Στρωτή ροή -> Ροή λαδιού

   Δύναμη αδράνειας -> Υψηλότερη -> Ταραχώδης ροή> Κύματα του ωκεανού

Πείραμα Reynolds

Ο Osborne Reynolds πραγματοποίησε για πρώτη φορά το πείραμα Reynolds το 1883 και παρατήρησε ότι η κίνηση του νερού είναι στρωτή ή τυρβώδης στο μοτίβο.

Αυτό το πείραμα είναι πολύ γνωστό στη μηχανική ρευστών. Αυτό το πείραμα χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό και την παρατήρηση των τριών ροών. Σε αυτό το πείραμα, το νερό ρέει μέσω ενός γυάλινου σωλήνα ή ενός διαφανούς σωλήνα.

Η βαφή εγχύεται με ροή νερού σε γυάλινο σωλήνα. Μπορείτε να παρατηρήσετε τη ροή της βαφής μέσα στον γυάλινο σωλήνα. Εάν η βαφή έχει διαφορετικό χρώμα από το νερό, είναι σαφώς παρατηρήσιμο. Εάν η βαφή ρέει γραμμικά ή γραμμικά, τότε η ροή είναι στρωτή. Εάν η βαφή δείχνει στροβιλισμό ή δεν ρέει στη σειρά, μπορούμε να θεωρήσουμε την τυρβώδη ροή. Αυτό το πείραμα είναι απλό και ενημερωτικό για τους μαθητές να μάθουν σχετικά με τη ροή και τον αριθμό Reynolds.

Κρίσιμος αριθμός Reynolds

Ο κρίσιμος αριθμός Reynolds είναι η φάση μετάβασης της περιοχής στρωτής και τυρβώδους ροής. Όταν η ροή αλλάζει από στρωτή σε ταραχώδη, η ανάγνωση του αριθμού του Reynold θεωρείται κρίσιμος αριθμός του Reynold. Υποδεικνύεται ως ReΚρ.  Για κάθε γεωμετρία, αυτός ο κρίσιμος αριθμός του Reynold θα είναι διαφορετικός.

Συμπέρασμα

Ο αριθμός Reynolds είναι σημαντικός όρος στον τομέα της μηχανικής και της επιστήμης. Χρησιμοποιείται στη μελέτη ροής, μεταφοράς θερμότητας, φαρμακείου κ.λπ. Έχουμε επεξεργαστεί αυτό το θέμα λεπτομερώς λόγω της σημασίας του. Έχουμε συμπεριλάβει μερικές πρακτικές ερωτήσεις και απαντήσεις σε αυτό το θέμα.

Για περισσότερα άρθρα σχετικά με τα σχετικά θέματα Κάνε κλικ εδώ , Παρακαλώ βρείτε παρακάτω

Σχετικά με τον Deepakkumar Jani

Είμαι ο Deepak Kumar Jani, ακολουθώντας διδακτορικό στη Μηχανική - Ανανεώσιμη ενέργεια. Έχω πέντε χρόνια διδασκαλίας και διετή ερευνητική εμπειρία. Το αντικείμενο που ενδιαφέρομαι είναι η θερμική μηχανική, η αυτοκινητοβιομηχανία, η Μηχανολογική μέτρηση, το Σχέδιο Μηχανικής, η Μηχανική Ρευστών κ.λπ. Έχω υποβάλει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την «Υβριδοποίηση πράσινης ενέργειας για παραγωγή ενέργειας». Έχω δημοσιεύσει 17 ερευνητικά έγγραφα και δύο βιβλία.
Χαίρομαι που είμαι μέλος του Lambdageeks και θα ήθελα να παρουσιάσω κάποια από τα στοιχεία μου με απλοϊκό τρόπο στους αναγνώστες.
Εκτός από τους ακαδημαϊκούς και την έρευνα, μου αρέσει η περιπλάνηση στη φύση, η σύλληψη της φύσης και η ευαισθητοποίηση για τη φύση μεταξύ των ανθρώπων.
Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/.
Ανατρέξτε επίσης στο κανάλι You-tube σχετικά με την «Πρόσκληση από τη Φύση»

Αφήστε ένα σχόλιο

Η διεύθυνση email σας δεν θα δημοσιευθεί. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται *

Lambda Geeks