Care este numărul Reynolds?

Numărul Reynolds (Re) este un număr adimensional legat de mecanica fluidelor. Este printre cele mai importante atribute folosite pentru rezumarea forțelor care acționează asupra unui fluid și, pe baza valorii acestuia, se determină turbulența sau lipsa de turbulență a unui fluid. Denumirea este numită pentru Osborne Reynolds, care a făcut multe studii de pionierat în mecanica fluidelor la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Variațiile cantității sunt prezentate pe axa X a Diagramei Moody, unul dintre cele mai utile grafice din mecanica fluidelor.

Mai precis, numărul Reynolds este definit ca raportul dintre forțele inerțiale, care contribuie la turbulență, și forțele vâscoase, care acționează împotriva turbulenței, într-un fluid. Altfel spus, numărul descrie cât de probabil este ca fluxul să fie laminar sau turbulent pentru un anumit set de condiții fizice. Curgerea laminară, sau netedă, indică faptul că totul în fluxul unui fluid se mișcă în aceeași direcție și aceste fluxuri interne nu se afectează unul pe celălalt. Fluxul turbulent, pe de altă parte, indică faptul că în fluxul principal sunt create întreruperi sau turbulențe.

Cel mai comun exemplu de flux laminar și turbulent poate fi găsit la o chiuvetă. Când apa este pornită pentru prima dată și nu curge foarte repede, este limpede. Majoritatea fluxurilor interne ale apei nu interacționează între ele și se mișcă în aceeași direcție; acesta este fluxul laminar și indică un număr Reynolds scăzut. Pe măsură ce cantitatea și viteza apei crește, aceasta devine albă. Fluxurile interne încep să se ciocnească între ele într-un flux turbulent, introducând aer în curentul de apă.

Un alt exemplu al conceptului este de a imagina un obiect care se mișcă printr-un fluid. Cu cât obiectul se mișcă mai repede, cu atât lichidul este mai dens și cu cât obiectul se mișcă mai mult timp, cu atât este mai probabil ca fluxul de fluid să fie turbulent. Cu cât un fluid este mai vâscos sau mai lipicios, cu atât este mai mare șansa ca grosimea fluidului să acționeze împotriva unui flux turbulent.

Din punct de vedere matematic, numărul Reynolds este definit ca:
Re = ρ * V * L / µ
Unde Re = numărul Reynoldsρ = densitatea fluidului (de obicei lb/ft3 sau 3) V = viteza (de obicei ft/s sau m/s) L = lungimea deplasării (de obicei ft sau m)
Într-o țeavă sau canal, L = raza hidraulică (de obicei ft sau m)µ = vâscozitate dinamică a fluidului (de obicei lb/(ft*s) sau kg/(m*s) sau Pa*s)

Din ecuație, se poate observa că numărul Reynolds este direct proporțional cu lungimea. De asemenea, variază proporțional cu lungimea și densitatea fluidului. Numerele ρ, V și L contribuie toate la forțele inerțiale, în timp ce µ contribuie doar la forțele vâscoase.
Pentru Re de 2,300 sau mai puțin, fluxul de fluid este considerat a fi laminar. Curgerea turbulentă, pe de altă parte, se realizează atunci când Re este mai mare de 4,000. Valorile numărului Reynolds dintre aceste două mărimi indică fluxuri de tranziție, care pot prezenta caracteristici ale ambelor tipuri de flux.

Numărul Reynolds este utilizat în multe aplicații diferite ale mecanicii fluidelor. Este o parte necesară a calculelor factorului de frecare în unele ecuații din mecanica fluidelor, cum ar fi ecuația Darcy-Weisbach. O altă utilizare comună a numărului vine în modelarea organismelor care înoată prin apă, iar această aplicație a fost făcută de la cele mai mari animale – cum ar fi balena albastră – până la animale foarte mici, inclusiv microorganisme. Are chiar aplicații în modelarea fluxului de aer în jurul obiectelor, cum ar fi aripile unui avion.