تعریف عدد رینولدز چیست؟
عدد رینولدز یکی از مهم ترین پارامترها در تعیین آرام یا آشفته بودن یک جریان است که به افتخار فیزیکدان بریتانیایی “ازبورن رینولدز” (Osborne Reynolds) نامگذاری شده است.ازبورن رینولدز فیزیکدان اهل بریتانیا بود که به علت مطالعه سیالات و ابداع عدد رینولدز که معیاری جهت آشفتگی است، شهرت یافت. اگر عدد رینولدز از مقدار خاصی کمتر باشد جریان شاره آرام و اگر بیشتر باشد آشفته است. این مقدار خاص، عدد رینولدز بحرانی نام دارد و با “Re Crit” نشان داده می شود. اما برای دانستن مفهوم عدد رینولدز ابتدا باید با چند مفهوم دیگر آشنا شویم :
- کمیت بدون یکا : کمیت بدون یکا یا کمیت بدون بعد (Dimensionless quantity) در تحلیل ابعادی به کمیتی اطلاق میشود که فاقد یک واحد فیزیکی مشخص باشد. این نوع کمیتها در فیزیک، ریاضی، علوم اقتصادی و مهندسی به چشم میخورد. این کمیتها معمولاً از نسبت دو کمیت با واحدهای مشابه یا نسبت دو عبارت جبری با واحدهای یکسان تشکیل میشود. از مشهورترین این کمیتها میتوان به π، e و φ اشاره کرد.
- شاره یا سَیّال : یکی از حالت های وجود ماده است و شامل مایعات، گازها، پلاسما و تا حدی جامدات پلاستیک میشود.
- مکانیک شاره ها یا مکانیک سیالات (به انگلیسی: Fluid mechanics) : یکی از شاخه های وسیع در مکانیک محیط های پیوسته را تشکیل میدهد. مکانیک سیالات هم با همان اصول مربوط به مکانیک جامدات آغاز میشود، ولی آنچه که سرانجام آن دو را از هم متمایز میسازد، این است که سیالات بر خلاف جامدات قادر به تحمل تنش برشی نیست.
- به مقدار نیروی داخلی وارد بر واحد سطح تنش گفته میشود.
- تنش برشی عبارت است از مؤلفهای از تنش که بر سطح مقطع یک جسم اعمال میشود. تنش برشی از بردار نیروی عمود بر بردار نرمال سطح مقطع ناشی میشود.
- لَختی، مانْد یا اینرسی (به فرانسوی: inertie) (به انگلیسی : inertia) : خاصیتی از یک جسم است که در برابر تغییر سرعت یا تغییر جهت حرکت جسم مقاومت میکند.
- هر چه جرم یک جسم بیشتر باشد لختی اش بیشتر است.
- به قانون اول نیوتون قانون لختی نیز گفته میشود.
- قانون اول نیوتن میگوید هرگاه شی با سرعت ثابت در حال حرکت باشد مادامی که نیروی خارجی به آن وارد نشود به حرکت خود ادامه خواهد داد.
- تمایل اجسام به حفظ حالت قبلی را لختی گویند.
- گِرانرَوی یا ناروانی : گرانروی عبارت است از مقاومت یک سیال در برابر اعمال تنش برشی.
- به تعریفی دیگر، مقاومت اصطکاکی یک مایع یا گاز را در برابر شارش یا لغزیدن لایهها، هنگامی که تحت تنش برشی قرار گیرد گِران رَوی میگویند.
- نامهای دیگر گرانروی عبارتند از : چسبناکی٬ وُشکسانی (وشک در فارسی به معنی صمغ است)، ویسکوزیته و لِزْجَت.
- با افزایش دما گرانروی شارههای مایع کاهش مییابد ولی در گازها، قضیه وارون است، البته درصد دگرگونی آن برای شارههای گوناگون متفاوت است.
حال که با مفاهیم مرتبط با عدد رینولدز آشنا شده این می توانیم آن را تعریف کنیم :
عدد رینولدز (Reynolds number) کمیتی بدون یکا است که در مکانیک شاره ها نسبت نیروی لختی به نیروی گرانروی را نشان میدهد.
کاربرد مهم عدد رینولدز در تعیین آرام یا آشفته بودن جریان شاره است و تعریف ریاضی عدد رینولدز به صورت زیر است :
- P چگالی شاره
- V سرعت متوسط جریان شاره
- L طول مشخصه در مسئله
- μ ضریب گرانروی شاره
عدد رینولدز بحرانی برای جریان های مختلف به صورت تجربی اندازهگیری میشود. برای مثال، عدد رینولدز بحرانی برای جریان داخل یک لوله ۲۲۰۰ است. در این حالت، طول مشخصهٔ {\displaystyle d} d قطر لوله است. در کاربردهای مهندسی از عدد رینولدز به عنوان یک پارامتر تشابهی هم استفاده میشود. برای مثال، وقتی یک مدل کوچک از یک هواپیما در تونل باد مورد آزمایش قرار میگیرد، برای این که نتایج تونل باد قابل تعمیم به شرایط واقعی باشد، عدد رینولدز مدل و هواپیمای واقعی باید برابر باشد.