Reynoldsin luku on dimensioton samankaltainen parametri kuvataan pakotettu virtaus, esim. onko se on alminar tai turbulenttista virtausta. Lue lisää tästä artikkelista.
tässä artikkelissa vastataan muun muassa seuraaviin kysymyksiin:
- mitkä ovat virtalinjat?
- mikä on laminaarinen tai turbulenttinen virtaus?
- mikä on Reynoldsin luvun merkitys käytännössä?
- mistä Reynoldsin luvusta voidaan olettaa turbulenttista virtausta?
- missä tapauksissa myrskyisät virrat voivat olla edullisia?,
Laminaarinen ja turbulenttinen virtaus
määritelmä viskositeetti tarkoittaa, että liikkeen nestettä voidaan jakaa eri kerroksiin, jotka muuttavat toisiaan vastaan. Tällaista kerrostunutta virtausta kutsutaan myös laminaarivirtaukseksi. Jos kuvittelee ajatuksissaan massattomia hiukkasia, jotka ihminen tuo tällaiseen virtaukseen, niin ne kulkisivat suorilla poluilla virran mukana. Näitä kuvitteellisia virtausväyliä kutsutaan myös virtaviivaiksi.
Virtaviivaistaa ovat kuvitteellisia flow polkuja, joista massattomia hiukkasia siirtää nestettä!,
suurilla virtausnopeuksilla nesteissä tapahtuu kuitenkin turbulenssia, jolloin laminaarivirtausta ei enää tapahdu. Tällöin puhutaan myrskyisästä virtauksesta. Turbulentti virtaus johtuu hyvin tilatun virtauksen häiriöistä, jotka ovat aina läsnä. Kuitenkin nämä häiriöt voidaan kompensoida jossain määrin suhteellisen vahva sisäinen koheesio nestettä, niin, että virtaus pysyy laminaarisena.,
korkea virtaus nopeudet kuitenkin hitausvoiman nesteen hiukkaset ovat niin suuria, että häiriöitä ei voida enää kompensoida yhteenkuuluvuuden voimat. Muodostuu poikkivirtauksia, jotka häiritsevät päävirtausta ja johtavat siten pyörteiden muodostumiseen. Virtausnopeus, jolla tällaiset pyörteet tai turbulenssit syntyvät, määräytyy kinemaattisen viskositeetin mukaan., Loppujen lopuksi korkea kinemaattinen viskositeetti tarkoittaa suhteellisen vahvaa nesteen sisäistä yhteenkuuluvuutta, joka pystyy kompensoimaan häiriöitä.
Reynoldsin luku
virtaustyyppi (eli onko laminaari vai turbulentti) määritetään siten nesteen inertian ja viskositeetin suhteella. Tämä suhde ilmaistaan niin sanotulla Reynoldsin numerolla \(Re\). Se määräytyy virtausnopeuden \(V\) ja nesteen kinemaattisen viskositeetin \(\nu\) perusteella. Toisaalta Reynoldsin luku määräytyy virtauksen avaruudellisen ulottuvuuden mukaan., Kun kyseessä on putki tämä on putken halkaisija \(d\). Tässä yhteydessä puhutaan yleisesti niin sanotusta ominaispituudesta.
Koska kinemaattinen viskositeetti on liittyvät dynaaminen viskositeetti, jonka tiheys, Reynoldsin luku voi myös olla ilmaistuna dynaaminen viskositeetti \(\eta\):
\begin{align}
&\boxed{Re:= \frac{v \cdot d}{\nu} = \frac{v \cdot d \cdot \rho}{\eta} } ~~~\text{Reynoldsin luku} ~~~~~ =1 \\
\end{align}
Reynoldsin luku on dimensioton samankaltainen parametri kuvaamaan virtauksen prosesseja pakko virtaa., Vain jos Reynoldsin luvut ovat identtisiä, saadaan fyysisesti samanlaiset virtausprosessit järjestelmän koosta riippumatta.
Reynoldsin luku on erittäin tärkeä kaikenlaisille virtauksille. Esimerkiksi kemianteollisuudessa kaasumaiset ja nestemäiset aineet pumpataan hyvin usein putkistojen kautta. Ennen kuin kemiantehtaat rakennetaan reaaliaikaisesti, ne testataan tai tutkitaan ensin pienemmässä mittakaavassa (esimerkiksi laboratoriossa tai pilottilaitoksessa). Saadakseen saman tai ”samanlainen” virtauksen käyttäytymistä myöhemmin todellisessa mittakaavassa, Reynoldsin luvun on oltava sama kaikissa mittakaavoissa., Reynoldsin luku määritetään siis pienessä mittakaavassa, minkä jälkeen sitä sovelletaan reaaliasteikkoon.
Reynoldsin luku on myös erittäin tärkeä mallitesteissä tuulitunneleissa tai vesikanavissa. Täällä, liian, sovelletaan seuraavaa: vain, jos Reynoldsin lukujen mallin kokeilu vastaa todellista Reynolds numerot voi pätevät tulokset on saatu-mallin kokeilu, joka voidaan siirtää todellisuuteen., Jos esineitä, joiden ympärille virtaus tapahtuu, ominaisuus pituus on \(L\) laskettaessa Reynoldsin luku vastaa pituus esineen suuntaan virtaus:
\begin{align}
&\boxed{Re= \frac{v \cdot L}{\nu} = \frac{v \cdot L \cdot \rho}{\eta} } \\
\end{align}
Reynolds numero sekoitetaan alusten
kemian, virtaa sekoitetaan säiliöitä, jotka syntyvät, kun sekoitat nesteitä, joiden meloa, ovat myös suuri merkitys. Tyyppi virtaus, joka tapahtuu, riippuu nopeudesta, jolla mela herättää läpi nestettä.,
nopeuden vertailupiste on melan Uloin osa. Tämä nopeus riippuu siis pyörivän melan läpimitasta \(D\) ja taajuudesta \(f\) (\(V\sim d \cdot F\)). Vaikka tämä ei ole todellinen virtausnopeus nesteen, käytännön syistä tämä nopeus on edelleen käytetty virtausnopeus määrittää Reynoldsin luku., Tässä nimenomaisessa tapauksessa sekoitetaan alukset, Reynoldsin luku \(Re_{\text{T}}\) on määritelty seuraavasti (taajuus on annettava yksikkö kierrosta sekunnissa):
Kriittinen Reynolds numerot (siirtyminen laminaarista että turbulenttista virtausta)
siirtyminen laminaarinen virtaus turbulenttinen virtaus on empiirisesti tutkittu erilaisia virtaa. Sillä virtaa putket, siirtyminen laminaarista että turbulenttista virtausta tapahtuu Reynolds numerot noin 2300. Tätä kutsutaan myös kriittiseksi Reynoldsin numeroksi., Siirtyminen laminarista myrskyisään virtaukseen voi vaihdella jopa 10 000 Reynoldsin lukuihin.
kriittinen Reynolds luku on Reynoldsin luku, jossa laminaarinen virtaus on odotettavissa muuttua turbulentti virtaus!
kun fluidi virtaa tasaisella levyllä, on odotettavissa turbulenttinen virtaus, jos Reynoldsin luvut ovat yli 100 000. Kohutuissa aluksissa kriittiset Reynoldsin luvut ovat noin 10 000., Tällöin turbulenttisten virtojen ei tarvitse olla haitta, vaan ne edistävät olennaisesti nopeaa sekoittumista!
ajoneuvojen tai lentokoneiden kohdalla turbulentit virtaukset ovat kuitenkin yleensä epäedullisia, sillä ne tarkoittavat lopulta energian haihtumista. Siksi nämä esineet pitäisi suunnitella virtaviivaisiksi, joten turbulensseja ei tule.
Tyypillinen Reynolds numerot putki virrat
tekniikan, olemme usein tekemisissä virtaa läpi putket. Ajatellaanpa esimerkiksi rakennusten vesiputkia tai kaasuputkia. Tällaisissa putkissa virtausnopeudet veden osalta ovat luokkaa 1 m / s., Sisähalkaisija vesiputket on noin 20 mm. Dynaaminen viskositeetti vettä 1 mPas (millipascal toinen) ja tiheys 1000 kg/m3, yksi jo saa Reynolds numerot järjestyksessä 20 000!
Vastaavia tuloksia on saatu luonnon kaasuputket, joiden halkaisija on esimerkiksi 50 mm ja virtausnopeus oli 5 m/s. Tiheys 0,7 kg/m3 ja dynaaminen viskositeetti 11 µPas, Reynolds numerot 15000 saadaan. Nämä esimerkit osoittavat, että myrskyisät putkivirrat esiintyvät teknisessä käytännössä paljon useammin kuin laminaarivirrat!