Kas yra Reinoldso skaičius?

Reinoldso skaičius (Re) yra bematis skaičius, susijęs su skysčių mechanika. Tai vienas iš svarbiausių atributų, naudojamų skystį veikiančioms jėgoms apibendrinti ir, remiantis jo verte, nustatoma skysčio turbulencija arba turbulencijos nebuvimas. Pavadinimas pavadintas Osborne’o Reynoldso vardu, kuris XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje atliko daug novatoriškų skysčių mechanikos tyrimų. Kiekio svyravimai yra išdėstyti Moody diagramos X ašyje, viename iš naudingesnių skysčių mechanikos grafikų.

Tiksliau, Reinoldso skaičius apibrėžiamas kaip inercinių jėgų, prisidedančių prie turbulencijos, ir klampių jėgų, veikiančių prieš turbulenciją skystyje, santykis. Kitaip tariant, skaičius apibūdina, kokia tikimybė, kad srautas bus laminarinis arba turbulentinis, esant tam tikram fizinių sąlygų rinkiniui. Laminarinis arba lygus srautas rodo, kad skysčio sraute viskas juda ta pačia kryptimi ir šie vidiniai srautai vienas kito neveikia. Kita vertus, turbulentinis srautas rodo, kad pagrindiniame sraute susidaro sutrikimai arba sūkuriai.

Dažniausias laminarinio ir turbulentinio srauto pavyzdys yra kriaukle. Kai vanduo pirmą kartą paleidžiamas ir teka ne itin greitai, jis yra skaidrus. Dauguma vidinių vandens srautų nesąveikauja vienas su kitu ir juda ta pačia kryptimi; tai laminarinis srautas ir rodo mažą Reinoldso skaičių. Didėjant vandens kiekiui ir greičiui, jis tampa baltas. Vidiniai srautai pradeda susidurti vienas su kitu turbulenciniu srautu, įvesdami orą į vandens srovę.

Kitas koncepcijos pavyzdys yra įsivaizduoti objektą, judantį per skystį. Kuo greičiau objektas juda, tuo skystis tankesnis, ir kuo ilgiau objektas juda, tuo didesnė tikimybė, kad skysčio srautas bus turbulentinis. Kuo skystis klampesnis ar lipnesnis, tuo didesnė tikimybė, kad skysčio storis veiks prieš turbulentinį srautą.

Matematiškai Reinoldso skaičius apibrėžiamas taip:
Re = ρ * V * L / µ
Kur Re = Reinoldso skaičiusρ = skysčio tankis (paprastai lb/ft3 arba 3) V = greitis (dažniausiai ft/s arba m/s) L = kelionės ilgis (dažniausiai pėdos arba m)
Vamzdyje arba kanale L = hidraulinis spindulys (paprastai pėdos arba m) µ = skysčio dinaminis klampumas (paprastai lb/(ft*s) arba kg/(m*s) arba Pa*s)

Iš lygties matyti, kad Reinoldso skaičius yra tiesiogiai proporcingas ilgiui. Jis taip pat kinta proporcingai ilgiui ir skysčio tankiui. Visi skaičiai ρ, V ir L prisideda prie inercinių jėgų, o µ prisideda tik prie klampių jėgų.
Jei Re yra 2,300 ar mažiau, skysčio srautas laikomas laminariniu. Kita vertus, turbulentinis srautas pasiekiamas, kai Re yra didesnis nei 4,000. Reynoldso skaičiaus reikšmės tarp šių dviejų dydžių rodo pereinamuosius srautus, kurie gali turėti abiejų srauto tipų charakteristikas.

Reinoldso skaičius naudojamas daugelyje skirtingų skysčių mechanikos programų. Tai būtina kai kurių skysčių mechanikos lygčių, pvz., Darcy–Weisbach lygties, trinties koeficiento skaičiavimų dalis. Kitas dažnas skaičius naudojamas modeliuojant organizmus, plaukiančius vandeniu, ir tai buvo taikoma nuo didžiausių gyvūnų, tokių kaip mėlynasis banginis, iki labai mažų gyvūnų, įskaitant mikroorganizmus. Jis netgi turi pritaikymų modeliuojant oro srautą aplink objektus, pvz., orlaivio sparnus.