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雷诺数

1883
  • Osborne Reynolds
说明流体力学和雷诺数应用的实验室场景。

(图片仅供参考)

The Reynolds number ([latex]\text{Re}[/latex]) is a dimensionless quantity in 流体力学 雷诺数用于预测流动模式,它表示惯性力与粘性力的比值。低雷诺数表征平滑有序的层流,而高雷诺数则表明混乱、充满涡流的湍流。雷诺数对于确定流体的动力学行为和进行尺度实验至关重要。

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.

层流到湍流的转变并非突变,通常发生在一定的雷诺数范围内。对于管道内的流动,这种转变通常发生在雷诺数约为 2300-4000 的范围内。这种转变具有极其重要的实际意义;例如,管道内的湍流比层流会产生显著更高的摩擦损失,需要更大的泵送功率。

雷诺数最有力的应用之一是动态相似原理。如果两个几何相似的流动情况具有相同的雷诺数(以及其他相关的无量纲数),则它们的流动模式在动态上也将相似。这使得工程师能够在风洞中测试飞机的小比例模型,并通过匹配雷诺数,获得准确预测全尺寸飞机气动力的结果。

UNESCO Nomenclature: 2210
- 机械

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 纳维-斯托克斯方程
  • 牛顿和泊肃叶对粘度的研究
  • 傅里叶等人提出的维度分析概念
  • 戈蒂尔夫·哈根对层流和湍流的早期观察

应用程序

  • 设计飞机机翼和船体以控制湍流
  • 模拟循环系统中的血流
  • 石油和水管道工程
  • 将风洞中的流体动力学问题从小模型缩放到全尺寸
  • 化学工程中的混合过程

专利:

NA

潜在创新理念

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相关概念:雷诺数、层流、湍流、无量纲数、惯性力、粘性力、流体动力学、动力相似性。

历史背景

雷诺数

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

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

相关发明、创新和技术原理

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