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レイノルズ数

1883
  • Osborne Reynolds
Laboratory scene illustrating fluid mechanics and Reynolds number applications.

(画像はイメージです)

レイノルズ数([latex]text{Re}[/latex])は流体における無次元量である。 力学 レイノルズ数は、慣性力と粘性力の比を表すことで流れのパターンを予測するために用いられる。レイノルズ数が低い場合は滑らかで秩序だった層流を示し、レイノルズ数が高い場合は混沌とした渦の多い乱流を示す。流体の動的挙動を決定したり、実験のスケールアップを行う上で非常に重要である。

レイノルズ数は、[latex]text{Re} = frac{rho u L}{mu} = frac{u L}{nu}[/latex] と定義される。ここで、[latex]rho[/latex] は流体密度、[latex]u[/latex] は代表速度、[latex]L[/latex] は代表線形寸法、[latex]mu[/latex] は動特性係数である。 粘度, 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.

層流から乱流への遷移は急激ではなく、通常はレイノルズ数の範囲で発生します。管内の流れの場合、この遷移は一般的にレイノルズ数約2300~4000付近で観察されます。この遷移は実用上非常に重要です。例えば、管内の乱流は層流よりも摩擦損失が著しく大きくなり、より多くのポンプ動力を必要とします。

One of the most powerful applications of the Reynolds number is in the principle of dynamic similitude. If two geometrically similar flow situations have the same Reynolds number (and other relevant dimensionless numbers), their flow patterns will be dynamically similar. This allows engineers to test a small-scale model of an airplane in a wind tunnel and, by matching the Reynolds number, obtain results that accurately predict the aerodynamic forces on the full-scale aircraft.

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • ナビエ・ストークス 方程式
  • 粘度に関する研究 ニュートン そしてポワスイユ
  • concept of dimensional analysis from fourier and others
  • ゴットヒルフ・ハーゲンによる層流と乱流の初期の観察

アプリケーション

  • 乱流を制御するための航空機の翼と船舶の船体の設計
  • 循環器系における血流のモデリング
  • 石油・水パイプラインのエンジニアリング
  • 風洞内で、流体力学の問題を小型モデルから実物大へとスケールアップする。
  • 化学工学における混合プロセス

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • smart surfaces with adjustable micro-textures to actively control the reynolds number and reduce drag
  • ai-powered diagnostic tools that analyze blood flow turbulence from mri scans
  • weather models that better predict the formation of hurricanes based on atmospheric reynolds numbers
  • ultra-efficient chemical reactors that optimize mixing by controlling flow regimes
  • adaptive ドローン wings that change shape to maintain laminar flow across a range of speeds
  • self-cleaning pipes that induce periodic turbulence to scour away deposits
  • quiet computer cooling fans designed to operate just below the critical reynolds number
  • systems for predicting sand dune formation on mars
関連用語:レイノルズ数、層流、乱流、無次元数、慣性力、粘性力、流体力学、動的相似性。

歴史的背景

レイノルズ数

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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