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nombre de Reynolds

1883
  • Osborne Reynolds
Scène de laboratoire illustrant la mécanique des fluides et les applications du nombre de Reynolds.

The Reynolds number ([latex]\text{Re}[/latex]) is a dimensionless quantity in fluid mécanique used to predict flow patterns by representing the ratio of inertial forces to viscous forces. Low Reynolds numbers characterize smooth, orderly laminar flow, while high Reynolds numbers indicate chaotic, eddy-filled turbulent flow. It is crucial for determining the dynamic behavior of a fluid and for scaling experiments.

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 viscosité, and [latex]\nu[/latex] is the cinématique 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.

The transition from laminar to turbulent flow is not abrupt but typically occurs over a range of Reynolds numbers. For flow in a pipe, this transition is generally observed around [latex]\text{Re} \approx 2300-4000[/latex]. This transition is of immense practical importance; for example, turbulent flow in a pipe causes significantly higher frictional losses and requires more pumping power than laminar flow.

L'une des applications les plus puissantes du nombre de Reynolds réside dans le principe de similitude dynamique. Si deux situations d'écoulement géométriquement similaires ont le même nombre de Reynolds (et d'autres nombres adimensionnels pertinents), leurs schémas d'écoulement seront dynamiquement similaires. Cela permet aux ingénieurs de tester un modèle réduit d'avion en soufflerie et, en comparant le nombre de Reynolds, d'obtenir des résultats prédisant avec précision les forces aérodynamiques s'exerçant sur l'avion grandeur nature.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mécanique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • navier–stokes equations
  • études sur la viscosité par Newton et Poisseuille
  • concept of dimensional analysis from fourier and others
  • observations antérieures d'écoulement laminaire et turbulent par gotthilf hagen

Applications

  • conception d'ailes d'avions et de coques de navires pour gérer les turbulences
  • modélisation du flux sanguin dans le système circulatoire
  • ingénierie des pipelines pour le pétrole et l'eau
  • Mise à l'échelle des problèmes de dynamique des fluides, des petits modèles aux modèles grandeur nature dans les souffleries
  • procédés de mélange en génie chimique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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