a Reynolds-szám dimenzió nélküli hasonlósági paraméter egy kényszeráram leírására, pl. almináris vagy turbulens áramlás. Tudjon meg többet erről ebben a cikkben.

Ez a cikk többek között a következő kérdésekre ad választ:

• mik azok az egyszerűsítések?
• mi a lamináris vagy turbulens áramlás?
• mi a Reynolds-szám jelentősége a gyakorlatban?
• melyik Reynolds-számból lehet turbulens áramlást feltételezni?
• mely esetekben lehetnek előnyösek a turbulens áramlások?,

lamináris és turbulens áramlás

a viszkozitás meghatározása azt jelenti, hogy a folyadék mozgása egyes rétegekre osztható, amelyek egymással szemben eltolódnak. Az ilyen réteges áramlást lamináris áramlásnak is nevezik. Ha azt képzeljük el, hogy a gondolat nélküli tömeg nélküli részecskék bejutnak egy ilyen áramlásba, akkor ezek egyenes utak mentén mozognak az áramlással. Ezeket a képzeletbeli áramlási utakat egyszerűsítéseknek is nevezik.

az egyszerűsítések olyan képzeletbeli áramlási utak, amelyeken a tömeg nélküli részecskék folyadékban mozognak!,

nagy áramlási sebességnél azonban turbulencia fordul elő folyadékokban, így a lamináris áramlás már nem fordul elő. Ebben az esetben egy turbulens áramlásról beszélünk. A turbulens áramlást a jól rendezett áramlás zavarai okozzák, amelyek mindig jelen vannak. Ezeket a zavarokat azonban bizonyos mértékben kompenzálhatja a folyadék viszonylag erős belső kohéziója, így az áramlás laminár marad.,

nagy áramlási sebességnél azonban a folyadékrészecskék inerciális erői olyan nagyok, hogy a zavarokat már nem kompenzálják a kohéziós erők. Keresztáramok alakulnak ki, amelyek zavarják a fő áramlást, így örvények kialakulásához vezetnek. Az ilyen örvények vagy turbulenciák keletkezésének áramlási sebességét a kinematikus viszkozitás határozza meg., Végül is a magas kinematikus viszkozitás a folyadék viszonylag erős belső kohézióját jelenti, amely képes kompenzálni a zavarokat.

Reynolds number

az áramlási típust (azaz legyen az lamináris vagy turbulens) tehát a folyadék tehetetlenségi és viszkozitási aránya határozza meg. Ezt az arányt az úgynevezett Reynolds szám \(Re\) fejezi ki. Ezt a folyadék (átlagos) áramlási sebessége \(v\) és kinematikus viszkozitása \(\nu\) határozza meg. Másrészt a Reynolds-számot az áramlás térbeli dimenziója határozza meg., Cső esetében ez a cső átmérője \(d\). Ebben az összefüggésben általában az úgynevezett jellegzetes hosszúságról beszélünk.

Mivel kinematikus viszkozitás kapcsolódó dinamikus viszkozitás által sűrűség, a Reynolds-szám is kifejezve dinamikus viszkozitás \(\eta\):

a\begin{align}
&\dobozos{Re:= \frac{v \cdot d}{\nu} = \frac{v \cdot d \cdot \rho}{\eta} } ~~~\text{Reynolds-szám} ~~~~~ =1 \\
\end{align}

A Reynolds szám egy dimenzió nélküli hasonlóság paraméter leírja az áramlási folyamatok kényszerült folyik., Csak akkor, ha a Reynolds-számok azonosak, fizikailag hasonló áramlási folyamatokat kapunk a rendszer méretétől függetlenül.

a Reynolds-szám nagyon fontos mindenféle áramlás esetén. A vegyiparban például a gáz-halmazállapotú és folyékony anyagokat nagyon gyakran szivattyúzzák csővezetékeken keresztül. Mielőtt azonban a vegyi üzemek valós léptékben épülnének, először kisebb léptékben (például laboratóriumban vagy kísérleti üzemben) tesztelik vagy kutatják őket. Annak érdekében, hogy ugyanazt vagy “hasonló” áramlási viselkedést kapjunk, mint később a valós skálán, a Reynolds-számnak minden skálán azonosnak kell lennie., A Reynolds-számot ezért kis léptékben határozzák meg, majd a valós skálára alkalmazzák.

a Reynolds-szám szintén nagyon fontos a szélcsatornákban vagy vízcsatornákban végzett modellteszteknél. Itt is a következők érvényesek: csak akkor, ha a Modellkísérletben a Reynolds-számok megfelelnek a valódi Reynolds-számoknak, érvényes eredményeket lehet elérni a valóságba átvihető modellkísérletben., Abban az esetben, ha a tárgyak körül, amely áramlás történik, a jellemző hossz \(L\) kiszámításához a Reynolds-szám hosszának felel meg az objektum az áramlási irányban:

a\begin{align}
&\dobozos{Re= \frac{v \cdot L}{\nu} = \frac{v \cdot L \cdot \rho}{\eta} } \\
\end{align}

Reynolds szám keverve hajók

A kémia, a forgalom keverve tartályok, amelyek keletkezik, ha a keverés folyadékok lapát is nagy jelentősége van. Az áramlás típusa attól függ, hogy a lapát milyen sebességgel halad át a folyadékon.,

a sebesség referenciapontja a lapát legkülső része. Ez a sebesség tehát a forgó lapát átmérőjétől (\(D\) és frekvenciájától (\(f\) függ (\(V\sim d \cdot f\))). Még ha nem is ez a folyadék tényleges áramlási sebessége, gyakorlati okokból ezt a sebességet továbbra is áramlási sebességként használják egy Reynolds-szám meghatározásához., Ebben a konkrét esetben keverve hajók, a Reynolds-szám \(Re_{\text{R}}\) az alábbiak szerint meghatározott (a frekvencia meg kell adni a készülék a forradalom másodpercenként):

a Kritikus Reynolds-szám (átmenet a lamináris, hogy turbulens áramlás)

az átmenet A lamináris áramlás turbulens áramlás már empirikusan vizsgálták különböző folyik. A csövekben történő áramlások esetében a lamináris áramlásról a turbulens áramlásra való áttérés Reynolds számokban történik 2300 körül. Ezt a kritikus Reynolds-számnak is nevezik., A laminárról a turbulens áramlásra való áttérés akár 10 000 Reynolds-számig is terjedhet.

a kritikus Reynolds-szám az a Reynolds-szám, amelynél a lamináris áramlás várhatóan turbulens áramlássá változik!

amikor egy folyadék egy lapos lemez felett áramlik, turbulens áramlás várható, ha a Reynolds-számok meghaladják a 100 000-et. A kritikus Reynolds-számok 10 000 körül vannak., Ebben az esetben a turbulens áramlásnak nem kell hátránynak lennie, hanem alapvetően hozzá kell járulnia a gyors keveréshez!

járművek vagy repülőgépek esetében azonban a turbulens áramlások általában hátrányosak, mivel végső soron azt jelentik, hogy az energia eloszlik. Ezért kell ezeket az objektumokat áramvonalasra tervezni, így nem merül fel turbulencia.

tipikus Reynolds számok cső áramlások

a mérnöki, gyakran van dolgunk áramlások csöveken keresztül. Gondolj például vízvezetékekre vagy gázcsövekre az épületekben. Az ilyen csövekben az áramlási sebesség víz esetén 1 m/s., A vízvezetékek belső átmérője körülbelül 20 mm. a víz dinamikus viszkozitása 1 mPas (millipascal second), sűrűsége 1000 kg/m3, az egyik már megszerzi Reynolds számok sorrendben 20.000!

hasonló eredményeket kapunk például 50 mm átmérőjű és 5 m/s áramlási sebességgel rendelkező földgázvezetékeknél. 0,7 kg/m3 sűrűséggel és 11 µPas dinamikus viszkozitással 15 000 Reynolds-számot kapunk. Ezek a példák azt mutatják, hogy a turbulens csőáramok sokkal gyakrabban fordulnak elő a műszaki gyakorlatban, mint a lamináris áramlások!