Reynolds sayısı neden önemlidir?
Reynolds sayısı, atalet kuvvetleri ile viskoz kuvvetlerin oranını temsil eden boyutsuz bir büyüklüktür.
Özellikle boru içi akışta akışın laminer, geçiş bölgesinde veya türbülanslı olup olmadığını yaklaşık olarak yorumlamak için kullanılır.
Kullanılan formüller
- Re = ρ × v × D / μ
- v = Re × μ / (ρ × D)
- D = Re × μ / (ρ × v)
Değişkenler ve SI birimleri
- Re
- Boyutsuz Reynolds sayısıdır. SI birimi yoktur.
- ρ
- Akışkan yoğunluğudur. SI birimi kg/m³.
- v
- Ortalama akış hızıdır. SI birimi m/s.
- D
- Karakteristik boru veya kanal çapıdır. SI birimi m.
- μ
- Dinamik viskozitedir. SI birimi Pa·s.
Akış rejimi yorumu
- Re < 2300 için akış yaklaşık laminer kabul edilir.
- 2300 ile 4000 arası geçiş bölgesi olarak yorumlanır.
- Re > 4000 için akış yaklaşık türbülanslı kabul edilir.
- Bu sınırlar özellikle düzgün boru içi akış için yaklaşık rehber niteliğindedir; geometri ve giriş koşulları sonucu değiştirebilir.
- Su ve hava ön ayarları yaklaşık oda koşulu değerleri sağlar; gerçek koşul verisi sonuçları değiştirebilir.
Teknik referans
Reynolds sayısı akış rejimi diyagramı
Bu diyagram, yalnızca iç boru akışı bağlamında kullanılan yaklaşık Reynolds rejim sınırlarını gösterir.
Tanım
Reynolds sayısı, atalet kuvvetleri ile viskoz kuvvetlerin oranını temsil eden boyutsuz büyüklüktür.
Bu diyagramdaki eşikler, özellikle düzgün dairesel boru içi akış için öğretici ve yaklaşık sınırlar olarak kullanılmalıdır.
Formül
- Re = ρ v D / μ
Değişkenler
- Re
- Boyutsuz Reynolds sayısı
- ρ
- Yoğunluk, kg/m³
- v
- Hız, m/s
- D
- Karakteristik çap, m
- μ
- Dinamik viskozite, Pa·s
Kısa mühendislik örneği
ρ = 998 kg/m³, v = 1,5 m/s, D = 0,025 m ve μ = 0,001001 Pa·s için Re ≈ 37 400 bulunur; diyagramda bu değer türbülanslı bölgededir.
Geçerlilik koşulları ve varsayımlar
- Diyagram yalnızca iç boru akışı bağlamında kullanılmalıdır.
- Giriş etkileri, pürüzlülük, kesit şekli ve akış bozucular gerçek sınırları kaydırabilir.
- Açık kanal, harici akış ve özel geometriler için aynı eşikler doğrudan kullanılmamalıdır.
| Regime | Re range | Interpretation |
|---|---|---|
| Laminar | Re < 2300 | Viscous effects dominate and mixing is limited. |
| Transition | 2300 ≤ Re ≤ 4000 | The regime is sensitive to inlet conditions and geometry. |
| Turbulent | Re > 4000 | Inertial effects dominate, with stronger mixing and friction. |
Kullanım alanı
- Hesaplanan Reynolds sayısını hızlı rejim yorumuna çevirmek.
- Öğrenci raporlarında akış rejimi diyagramı sunmak.
- Boru içi akış korelasyonu seçimine giriş yapmak.
Sık yapılan hata
- Bu eşikleri tüm akış problemleri için evrensel kabul etmek.
İlgili hesaplayıcı
Kaynaklar
- OpenStax University Physics Volume 1, 14.7 Viscosity and Turbulence
- NASA LLIS lesson on tubing and Reynolds transition
Suyun dinamik viskozitesi referansı
Teknik referans
Sıvı suyun sıcaklığa göre dinamik viskozitesi
Bu teknik föy, Reynolds sayısı ve boru içi akış analizlerinde sık kullanılan sıvı su viskozite verisini özetler.
Tanım
Dinamik viskozite, akışkanın kesme deformasyonuna karşı gösterdiği dirençtir ve boru içi akış rejimi ile sürtünme kaybını doğrudan etkiler.
Formül
- Re = ρ v D / μ
Değişkenler
- μ
- Dinamik viskozite, Pa·s veya mPa·s
- ρ
- Yoğunluk, kg/m³
- v
- Hız, m/s
- D
- Karakteristik çap, m
Kısa mühendislik örneği
20 °C civarında su için μ ≈ 1,0014 mPa·s alınırsa, 25 mm boruda 1,5 m/s hız için Reynolds sayısı yaklaşık 37 400 bulunur ve akış türbülanslı bölgede değerlendirilir.
Geçerlilik koşulları ve varsayımlar
- Veriler 0,101325 MPa sabit basınçta ve sıvı su dalında alınmıştır.
- Sıcaklık aralığı yaklaşık 0,01 °C ile 99,97 °C arasındadır.
- Grafikte ana eksen mPa·s olarak verilmiştir; tabloda hem mPa·s hem Pa·s birlikte gösterilir.
| Temperature (°C) | Dynamic viscosity (mPa·s) | Dynamic viscosity (Pa·s) |
|---|---|---|
| 0,01 | 1,7911 | 0,001791132 |
| 10,01 | 1,3055 | 0,001305524 |
| 20,01 | 1,0014 | 0,001001351 |
| 30,01 | 0,7971 | 0,000797052 |
| 40,01 | 0,6526 | 0,000652606 |
| 50,01 | 0,5464 | 0,000546425 |
| 60,01 | 0,466 | 0,000465965 |
| 70,01 | 0,4035 | 0,000403493 |
| 80,01 | 0,354 | 0,000354006 |
| 90,01 | 0,3141 | 0,000314139 |
| 99,97 | 0,2817 | 0,000281658 |
Kullanım alanı
- Reynolds sayısı hesabında gerçekçi su viskozitesi seçmek.
- Boru içi basınç kaybı ve laminer akış değerlendirmeleri.
- Laboratuvar deneylerinde sıcaklığa bağlı akışkan özellik analizi.
Sık yapılan hata
- Dinamik viskoziteyi kinematik viskozite ile karıştırmak veya cP ile Pa·s dönüşümünü yanlış yapmak.
İlgili hesaplayıcı
Kaynaklar
- NIST Chemistry WebBook - Thermophysical Properties of Fluid Systems (water query)
- IAPWS Formulation 2008 for the Viscosity of Ordinary Water Substance
Birim tabloları
Yoğunluk birimleri
| Birim adı | Sembol | SI karşılığı | Yaygın kullanım |
|---|---|---|---|
| Kilogram/metreküp | kg/m³ | 1 kg/m³ | Temel SI yoğunluk birimi |
| Gram/santimetreküp | g/cm³ | 1.000 kg/m³ | Sıvılar için pratik yoğunluk gösterimi |
| Gram/litre | g/L | 1 kg/m³ | Gazlar ve seyreltik karışımlar |
| Pound/fitküp | lb/ft³ | 16,018463374 kg/m³ | İngiliz/ABD yoğunluk tabloları |
| Pound/inçküp | lb/in³ | 27.679,9047102 kg/m³ | Çok yoğun malzemeler için İngiliz/ABD gösterimi |
Hız birimleri
| Birim adı | Sembol | SI karşılığı | Yaygın kullanım |
|---|---|---|---|
| Milimetre/saniye | mm/s | 0,001 m/s | Çok düşük akış hızları |
| Santimetre/saniye | cm/s | 0,01 m/s | Düşük akış hızları ve laboratuvar düzenekleri |
| Metre/saniye | m/s | 1 m/s | Temel SI hız birimi |
| Kilometre/saat | km/h | 0,277777777778 m/s | Pratik akış ve saha hızları |
| Fit/saniye | ft/s | 0,3048 m/s | İngiliz/ABD akış hesapları |
| Mil/saat | mph | 0,44704 m/s | İngiliz/ABD saha hızları |
Karakteristik çap birimleri
| Birim adı | Sembol | SI karşılığı | Yaygın kullanım |
|---|---|---|---|
| Mikrometre | µm | 0,000001 m | Mikrokanal ve çok küçük karakteristik uzunluklar |
| Milimetre | mm | 0,001 m | Küçük boru ve kanal çapları |
| Santimetre | cm | 0,01 m | Orta ölçekli boru çapları |
| Metre | m | 1 m | Temel SI karakteristik uzunluk birimi |
| İnç | in | 0,0254 m | İngiliz/ABD boru ölçüleri |
| Fit | ft | 0,3048 m | İngiliz/ABD büyük kanal boyutları |
Dinamik viskozite birimleri
| Birim adı | Sembol | SI karşılığı | Yaygın kullanım |
|---|---|---|---|
| Pascal-saniye | Pa·s | 1 Pa·s | Temel SI dinamik viskozite birimi |
| Millipascal-saniye | mPa·s | 0,001 Pa·s | Sıvılar için pratik mühendislik kullanımı |
| Poise | P | 0,1 Pa·s | CGS tabanlı akışkan verileri |
| Centipoise | cP | 0,001 Pa·s | Laboratuvar ve akışkan tabloları |
Örnek kullanım
Su için Re hesabı
ρ = 1000 kg/m³, v = 2 m/s, D = 50 mm ve μ = 1 mPa·s için Reynolds sayısı 100000 olur; bu değer türbülanslı bölgededir.
Hedef Re ile gerekli hız
Re = 2000, ρ = 1000 kg/m³, D = 20 mm ve μ = 1 mPa·s için hız yaklaşık 0.1 m/s bulunur.
Tipik kullanım alanları
- Boru içi akışın ilk rejim sınıflandırması
- Laboratuvar düzeneklerinde karakteristik hız tahminleri
- Kanal ve boru çapı ön seçimi
- Akışkan özelliklerinin rejime etkisini hızlı karşılaştırma
Varsayımlar ve sınırlamalar
- Bu hesap boyutsuz Reynolds sayısının temel tanımını kullanır ve giriş/çıkış etkilerini, pürüzlülüğü veya özel geometrileri ayrı olarak modellemez.
- Akış rejimi yorumu boru içi akış için yaklaşık sınırlar sunar; açık kanal, kanat profili veya karmaşık kanallarda farklı eşikler kullanılabilir.
- Dinamik viskozite ve yoğunluk değerleri sıcaklığa güçlü biçimde bağlı olabilir; gerçek koşullara yakın veri seçilmelidir.