Liczba Reynoldsa: 21 Ważne fakty

by

Treść

Definicja liczby Reynoldsa

„Liczba Reynoldsa to stosunek sił bezwładności do sił lepkości”.

Liczba Reynoldsa to bezwymiarowa liczba używana do badania układów płynów na różne sposoby, takie jak schemat przepływu płynu, charakter przepływu i różne parametry mechaniki płynów. Liczba Reynoldsa jest również ważna w badaniu wymiany ciepła. Opracowano wiele korelacji, w tym liczbę Reynolda w mechanice płynów, trybologię i przenikania ciepła. Przygotowanie różnych leków w farmacji wymagało badania liczbowego Reynolda.

W rzeczywistości jest to reprezentacja i porównanie siły bezwładności i siły lepkości.

Równanie liczby Reynoldsa

Bezwymiarowa liczba Reynolda określa, czy płynący płyn byłby przepływem laminarnym czy turbulentnym, biorąc pod uwagę niektóre właściwości, takie jak prędkość, długość, lepkość i typ przepływu. Numer Reynolda został omówiony w następujący sposób:

Liczba Reynolda jest ogólnie określana jako stosunek siły bezwładności do siły lepkości i charakteryzuje charakter przepływu, taki jak laminarny, turbulentny itp. Spójrzmy na poniższe równanie:

Re= \\frac{siła bezwładności}siła lepkości}

Siła bezwładności =\\rho A V^{2}

Siła lepkości = \\frac{\\mu V A}{D}

Umieszczając siłę bezwładności i wyrażenie siły lepkości w wyrażeniu liczb Reynolda, otrzymujemy

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

W powyższym równaniu

Re = liczba Reynolda (liczba bezwymiarowa)

? = gęstość płynu (kg / m3)

V = prędkość przepływu (m / s)

D = średnica przepływu lub rury / długość charakterystyczna (m)

μ = Lepkość płynu (N * s / m2)

Jednostki liczbowe Reynoldsa

Liczba Reynolda jest bezwymiarowa. Nie ma jednostki liczby Reynoldsa.

Liczba Reynoldsa dla przepływu laminarnego

Identyfikacja przepływu może być możliwa dzięki znajomości liczby Reynolda. Liczba przepływów laminarnych Reynolda jest mniejsza niż 2000. W eksperymencie, jeśli uzyskasz wartość liczby Reynolda mniejszą niż 2000, możesz powiedzieć, że przepływ jest laminarny.

Liczba Reynoldsa wody

Równanie liczby Reynolda podaje się jako

Liczba Reynoldsa= \\frac{Gęstość płynu \\cdot prędkość przepływu\\cdot Średnica przepływu/Długość}{Lepkość płynu}

Jeśli przeanalizujemy powyższe równanie, wartość liczby Reynoldsa zależy od gęstości płynu, prędkości przepływu, średnicy przepływu bezpośrednio i odwrotnie od lepkości płynu. Jeśli płynem jest woda, to gęstość i lepkość wody są parametrami bezpośrednio zależnymi od wody.

konwersja laminarna na turbulentną
laminarny do burzliwego
Źródło obrazu: piwniczki z okolic Seattle w USA, Laminar to Turbulent - Flickr - brewbooks, CC BY-SA 2.0

Liczba Reynoldsa dla przepływu turbulentnego

Ogólnie rzecz biorąc, eksperyment z liczbą Reynoldsa pozwala przewidzieć wzorzec przepływu. Jeśli wartość liczby Reynolda jest> 4000, wówczas przepływ jest uważany za burzliwy.

Współczynnik przeciągania (Cd) vs liczba Reynoldsa (Re) w różnych obiektach

Numer Renoldsa
Źródło obrazu: „Plik: współczynnik przeciągania (Cd) vs liczba Reynoldsa (Re) w różnych obiektach.png” przez Welty, Wicks, Wilson, Rorrer. jest licencjonowany w ramach CC BY-SA 4.0

Liczba Reynoldsa w rurze

Jeśli płyn przepływa przez rurę, chcemy obliczyć liczbę Reynolda płynu przepływającego przez rurę. Pozostałe parametry zależą od rodzaju płynu, ale jako średnicę przyjmuje się rurę Średnica hydrauliki DH (W tym celu przepływ powinien prawidłowo wypływać z rury)

Liczba Reynoldsa= \\frac{Gęstość płynu \\cdot prędkość przepływu\\cdot Hydrauliczna średnica przepływu/Długość} {Lepkość płynu}

Liczba powietrza Reynoldsa

Jak omówiliśmy w Liczba Reynolda dla wody, Liczba Reynolda dla powietrza zależy bezpośrednio od gęstości i lepkości powietrza.

Zakres liczb Reynoldsa

Liczba Reynolda jest kryterium pozwalającym stwierdzić, czy przepływ jest turbulentny czy laminarny.

Jeśli uznamy, że przepływ jest wewnętrzny,

Jeżeli przepływ Re <(2000 do 2300) jest uważany za charakterystykę laminarną,

 Re> 4000 reprezentuje przepływ turbulentny

Jeśli wartość Re jest pomiędzy (tj. 2000 do 4000) reprezentuje przepływ przejściowy.

Wykres liczby Reynoldsa

Wykres nastrojowy jest wykreślany między liczbą Reynoldsa a współczynnikiem tarcia dla różnych szorstkości.

Możemy znaleźć współczynnik tarcia Darcy-Weisbacha z liczbą Reynolda. W celu znalezienia współczynnika tarcia opracowano korelację analityczną.

Liczba Reynoldsa
Numer Reynolda w Wikipedia Diagram Moody
Kredyt Oryginalny diagram: S Beck i R Collins, University of Sheffield (Sporządzono przez drugie prawo at Angielska Wikipedia) Konwersja do SVG: Marc.dumaux., Moody PL, CC BY-SA 4.0

Lepkość kinematyczna liczby Reynoldsa

Lepkość kinematyczna jest podana jako:

Lepkość kinematyczna = \\frac{Lepkość płynu}Gęstość płynu}

Równanie liczby Reynolda,

Liczba Reynoldsa= \\frac{Gęstość płynu \\cdot prędkość przepływu\\cdot Hydrauliczna średnica przepływu/Długość} {Lepkość płynu}

Powyższe równanie powstaje jak poniżej, jeśli zapiszemy je w postaci lepkości kinematycznej,

[Liczba Reynoldsa= \\frac{prędkość przepływu\\cdot Hydrauliczna średnica przepływu/Długość} {Lepkość kinematyczna płynu}

Re =\\frac{VD}{\ u }

Cylinder z liczbą Reynoldsa

Jeśli płyn przepływa przez cylinder i chcemy obliczyć liczbę Reynolda płynu przepływającego przez cylinder. Pozostałe parametry zależą od rodzaju płynu, ale za średnicę przyjmuje się średnicę hydrauliki D.H (W tym celu przepływ powinien prawidłowo wypływać z cylindra)

Masowe natężenie przepływu liczby Reynoldsa

Następnie analizujemy równanie liczb Reynolda, jeśli chcemy zobaczyć związek między liczbą Reynolda a masowym natężeniem przepływu.

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

Jak wiemy z równanie ciągłości, masowe natężenie przepływu jest wyrażone jak poniżej,

m =\\rho \\cdot A\\cdot V

Umieszczając wartości masowego natężenia przepływu w równaniu liczby Reynoldsa,

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

Z powyższego wyrażenia jasno wynika, że ​​liczba Reynolda ma bezpośredni związek z masowe natężenie przepływu.

Przepływ laminarny a przepływ turbulentny Liczba Reynoldsa | Liczba Reynoldsa laminarna vs turbulentna

Ogólnie rzecz biorąc, w mechanika płynów, analizujemy dwa rodzaje przepływu. Jednym z nich jest przepływ laminarny który występuje przy małej prędkości, a innym jest przepływ turbulentny, który zwykle występuje przy dużej prędkości. Jej nazwa opisuje przepływ laminarny, jako że cząstki płynu przepływają w warstwie (liniowo) w całym przepływie. W przepływie turbulentnym płyn przemieszcza się w ruchu losowym.

Rozumiemy szczegółowo ten ważny punkt,

Laminarne i turbulentne
Numer Reynoldsa dla Przepływ laminarny i burzliwy
Źródło obrazu:Joseasorrentino, Transicion laminarny i turbulentny, CC BY-SA 3.0

Przepływ laminarny

W przepływie laminarnym sąsiednie warstwy cząstek płynu nie przecinają się ze sobą i przepływają w kierunkach równoległych jest nazywany przepływem laminarnym.

W przepływie laminarnym wszystkie warstwy płynu przepływają w linii prostej.

  • Istnieje możliwość wystąpienia przepływu laminarnego przy małej prędkości przepływu cieczy i małej średnicy rury.
  • Przepływ płynu o liczbie Reynolda mniejszej niż 2000 jest uważany za przepływ laminarny.
  • Przepływ płynu jest bardzo liniowy. Występuje przecięcie sąsiednich warstw płynu, które płyną równolegle do siebie i do powierzchni rury.
  • W przepływie laminarnym naprężenie ścinające zależy tylko od lepkości płynu i niezależnie od gęstości płynu.

Turbulentny przepływ

Przepływ turbulentny jest przeciwny do przepływu laminarnego. Tutaj, w przepływie płynu, sąsiednie warstwy przepływającego płynu przecinają się ze sobą i nie płyną równolegle do siebie, co jest znane jako przepływ turbulentny.

Sąsiednie warstwy płynu lub cząstki płynu nie płyną w linii prostej w przepływie turbulentnym. Płyną losowo w zygzakowatych kierunkach.

  • Przepływ turbulentny jest możliwy, jeśli prędkość przepływającego płynu jest duża, a średnica rury jest większa.
  • Wartość liczby Reynolda może wskazywać na przepływ turbulentny. Jeśli wartość liczby Reynolda jest większa niż 4000, wówczas za przepływ uważa się przepływ turbulentny.
  • Przepływająca ciecz nie płynie jednokierunkowo. Występuje mieszanie lub przecinanie się różnych warstw płynu i nie płyną one w równoległych kierunkach do siebie, ale przecinają się.
  • Naprężenie ścinające zależy od jego gęstości w przepływie turbulentnym.

Numer Reynoldsa dla płaskiej płyty

Jeśli przeanalizujemy przepływ po płaskiej płycie, to liczba Reynoldsa jest obliczana na podstawie długości charakterystycznej płaskiej płyty.

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

W powyższym równaniu średnicę D zastępuje się L, która jest charakterystyczną długością przepływu po płaskiej płycie.

Liczba Reynoldsa a współczynnik oporu

Załóżmy, że wartość liczby Reynolda jest mniejsza niż siła bezwładności. Istnieje wyższa siła lepkości, która dominuje nad siłą bezwładności.

Jeśli lepkość płynu jest wyższa, to siła tarcia jest wyższy.

Liczba Reynoldsa kuli

Jeśli chcesz to obliczyć dla tego przypadku, wzór jest następujący

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

Tutaj średnica D jest przyjmowana jako średnica hydrauliczna kuli w obliczeniach, takich jak cylinder i rura.

Co to jest liczba Reynoldsa?

Liczba Reynolda to stosunek siły bezwładności do siły lepkości. Re wskazuje na to. Jest to liczba bezwymiarowa.

Re= \\frac{siła bezwładności}siła lepkości}

Znaczenie liczby Reynoldsa | Fizyczne znaczenie liczby Reynoldsa

Liczba Reynolda to nic innego jak porównanie dwóch sił. Jedna to siła bezwładności, a druga to siła lepkości. Jeśli weźmiemy oba współczynniki sił, otrzymamy bezwymiarową liczbę znaną jako liczba Reynolda. Liczba ta pomaga poznać charakterystykę przepływu i wiedzieć, która z dwóch sił ma większy wpływ na przepływ. Liczba Reynolda jest również ważna dla oszacowania wzoru przepływu.

   Siła lepkości -> Wyższa -> Przepływ laminarny -> Przepływ oleju

   Siła bezwładności -> Wyższa -> Turbulentny przepływ> Fale oceaniczne

Eksperyment Reynoldsa

Osborne Reynolds po raz pierwszy przeprowadził eksperyment Reynoldsa w 1883 roku i zaobserwował, że ruch wody ma charakter laminarny lub turbulentny.

Ten eksperyment jest bardzo znany w mechanice płynów. Ten eksperyment jest szeroko stosowany do określenia i obserwacji trzech przepływów. W tym eksperymencie woda przepływa przez szklaną rurkę lub przezroczystą rurkę.

Barwnik jest wtryskiwany strumieniem wody do szklanej rurki. Możesz zauważyć przepływ barwnika wewnątrz szklanej rurki. Jeśli barwnik ma inny kolor niż woda, jest to wyraźnie widoczne. Jeśli barwnik płynie liniowo lub liniowo, to przepływ jest laminarny. Jeśli barwnik wykazuje turbulencje lub nie płynie w linii, możemy rozważyć przepływ turbulentny. Ten eksperyment jest prosty i pouczający, aby uczniowie mogli dowiedzieć się o przepływie i liczbie Reynoldsa.

Krytyczna liczba Reynoldsa

Krytyczna liczba Reynoldsa to faza przejściowa obszaru przepływu laminarnego i turbulentnego. Kiedy przepływ zmienia się z laminarnego na turbulentny, odczyt liczby Reynolda jest uważany za krytyczną liczbę Reynolda. Jest oznaczony jako ReKr.  Dla każdej geometrii ta krytyczna liczba Reynolda będzie inna.

Wnioski

Liczba Reynoldsa jest ważnym terminem w dziedzinie inżynierii i nauki. Jest stosowany w badaniach przepływu, wymiany ciepła, farmacji itp. Opracowaliśmy ten temat szczegółowo ze względu na jego znaczenie. Do tego tematu zamieściliśmy kilka praktycznych pytań i odpowiedzi.

Więcej artykułów na pokrewne tematy kliknij tutaj , Proszę znaleźć poniżej

     

Zostaw komentarz