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Reynolds-Zahl

1883
  • Osborne Reynolds
Laborszene zur Veranschaulichung von Anwendungen der Strömungsmechanik und der Reynoldszahl.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

The Reynolds number ([latex]\text{Re}[/latex]) is a dimensionless quantity in Strömungsmechanik dient zur Vorhersage von Strömungsmustern, indem sie das Verhältnis von Trägheitskräften zu viskosen Kräften darstellt. Niedrige Reynoldszahlen kennzeichnen eine glatte, geordnete laminare Strömung, während hohe Reynoldszahlen auf eine chaotische, wirbelreiche turbulente Strömung hinweisen. Sie ist entscheidend für die Bestimmung des dynamischen Verhaltens einer Flüssigkeit und für Skalierungsexperimente.

The Reynolds number is defined as [latex]\text{Re} = \frac{\rho u L}{\mu} = \frac{u L}{\nu}[/latex], where [latex]\rho[/latex] is the fluid density, [latex]u[/latex] is a characteristic velocity, [latex]L[/latex] is a characteristic linear dimension, [latex]\mu[/latex] is the dynamic viscosity, and [latex]\nu[/latex] is the kinematic viscosity. Inertial forces are related to the momentum of the fluid, which tend to cause fluid motion to persist, while viscous forces are frictional forces that tend to resist this motion and smooth out disturbances. When viscous forces dominate (low [latex]\text{Re}[/latex]), any perturbations in the flow are damped out, resulting in a smooth, layered laminar flow. Conversely, when inertial forces dominate (high [latex]\text{Re}[/latex]), small disturbances can grow and evolve into chaotic eddies and vortices, leading to turbulence.

Der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung erfolgt nicht abrupt, sondern typischerweise über eine Reihe von Reynoldszahlen. Bei der Strömung in einem Rohr wird dieser Übergang im Allgemeinen um [latex]\text{Re} \ca. 2300-4000[/latex]. Dieser Übergang ist von immenser praktischer Bedeutung; so verursacht eine turbulente Strömung in einem Rohr deutlich höhere Reibungsverluste und erfordert eine höhere Pumpleistung als eine laminare Strömung.

Eine der wirkungsvollsten Anwendungen der Reynolds-Zahl liegt im Prinzip der dynamischen Ähnlichkeit. Wenn zwei geometrisch ähnliche Strömungssituationen die gleiche Reynolds-Zahl (und andere relevante dimensionslose Zahlen) aufweisen, sind ihre Strömungsmuster dynamisch ähnlich. Dies ermöglicht es Ingenieuren, ein verkleinertes Flugzeugmodell im Windkanal zu testen und durch Abgleich der Reynolds-Zahl Ergebnisse zu erhalten, die die aerodynamischen Kräfte auf das Flugzeug in Originalgröße genau vorhersagen.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Abstraktes System

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Navier-Stokes-Gleichungen
  • Untersuchungen zur Viskosität von Newton und Poisseuille
  • Konzept der Dimensionsanalyse von Fourier und anderen
  • frühere Beobachtungen laminarer und turbulenter Strömungen von Gotthilf Hagen

Anwendungen

  • Design von Flugzeugflügeln und Schiffsrümpfen zur Bewältigung von Turbulenzen
  • Modellierung des Blutflusses im Kreislaufsystem
  • Engineering von Pipelines für Öl und Wasser
  • Skalierung von Strömungsdynamikproblemen von kleinen Modellen auf die volle Größe in Windkanälen
  • Mischprozesse in der chemischen Verfahrenstechnik

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Reynolds-Zahl, laminare Strömung, turbulente Strömung, dimensionslose Zahl, Trägheitskräfte, viskose Kräfte, Fluiddynamik, dynamische Ähnlichkeit.

Historischer Kontext

Reynolds-Zahl

1877
1880
1882-01-01
1883
1884
1887
1888
1876
1877
1880
1882-01-01
1884
1885
1887
1889

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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