Число Рейнольдса. Переход ламинарного движения в турбулентное
При вычислении числа за характерную скорость обычно принимают либо скорость потока на бесконечности, если тело неподвижно, а на него набегает однородный поток, либо скорость движения тела, если среда неподвижна, а тело движется. Вообще за характерную скорость можно брать скорость в любой точке потока так же, как за линейный размер может быть выбран любой размер, характерный для данного объекта.
При движении жидкости в трубах за линейный размер выбирают радиус или диаметр трубы, а за характерную скорость — среднюю скорость или скорость на оси трубы.
Определяя величину плотности для газа из уравнения состояния , а коэффициент динамической вязкости по формуле , получим для числа Re следующее выражение:
,
где - удельная или характерная газовая постоянная;
Полученная зависимость числа Re от давления и температуры указывает на возможность увеличения или уменьшения численного значения Re путем изменения давления и температуры потока.
Если число меньше некоторого критического значения, течение жидкости происходит плавно, подкрашенные частицы жидкости образуют хорошо видимые струйки; при числах Re, больших критического значения, поток становится беспорядочным и струйки подкрашенной жидкости быстро размываются. В первом случае поток называется ламинарным, а во втором — турбулентным.
Как показали опыты, величина критического числа зависит от условий входа жидкости в трубу и от формы ее поперечного сечения. Для круглой цилиндрической трубы наименьшее значение критического числа Re равно 2320, верхний предел критического числа Re, полученный в результате опытов, достигает 100 000.
Влияние теплового и диффузионного числа Re на процессы переноса тепла и вещества изучено еще мало.
По величине числа Рейнольдса тепловые и диффузионные могут быть порядка величины динамического Рейнольдса и больше или меньше его.
При малых тепловых и диффузионных числах Re в потоках будет происходить лишь молекулярный перенос тепла и вещества. При возрастании этих чисел будет увеличиваться доля турбулентного переноса, а при очень больших значениях их доля молекулярного переноса чрезвычайно мала и весь процесс будет определяться турбулентным переносом.