Co je Reynoldsovo číslo?

Proč je Reynoldsovo číslo tak klíčové ve světě CFD? V článku, který napsal náš kolega Richard Paulas, odhalíme jeho zásadní roli při analýze proudění.

Blog_Reynolds.png

Už jste se někdy dívali na tok v přírodě – třeba na vodopád – a přemýšleli, proč plyne hladce? Nebo chaoticky? Nebo obojí? Odpověď spočívá v relativní velikosti různých sil v proudění, které lze znázornit výpočtem Reynoldsova čísla – důležitého bezrozměrného parametru používaného v mechanice tekutin, který pomáhá předpovídat chování tekutin. Reynoldsovo číslo je však často nesprávně vyjádřeno, což může vést k nepřesným předpovědím. Abychom Reynoldsovo číslo a jeho význam pochopili, je třeba nejprve porozumět tomu, co je to Reynoldsovo číslo a jak se počítá.

 Mumlavský vodopád.jpg

Mumlavský vodopád

 

Bezrozměrná čísla se používají v několika odvětvích vědy a techniky. Efektivně snižuje počet proměnných a umožňuje smysluplné korelace fyzikálních jevů ve škálovatelných systémech. Jedním z příkladů je Reynoldsovo číslo (Re), které určuje poměr setrvačné a viskózní síly v proudění. Je známo, že nízké Reynoldsovo číslo pod určitou hranicí způsobuje uspořádané hladké laminární proudění bez výrazného míchání.

Reynoldsovo číslo lze vypočítat pomocí následující rovnice:

 

Rovnice.png 

Ve kterém je ρ je hustota kapaliny, v charakterizuje rychlost definující proudění, L je charakteristický rozměr v systému a µ je dynamická viskozita kapaliny. 

Viskózní síly v laminárním proudění bývají v porovnání setrvačnou silou velké. Zvýšení Reynoldsova čísla způsobuje přechod proudění z laminárního na turbulentní, které se vyznačuje nestacionárními, náhodnými chaotickými vlastnostmi s různými vířivými strukturami. Reynoldsovo číslo, při kterém proudění přechází z laminárního na turbulentní se nazývá kritické Reynoldsovo číslo.

Reynoldsovo číslo přechodu je ovlivněno několika faktory, jako je hladkost povrchu proudění a rušivé vlivy v okolí. Jeho hodnota není univerzální. Pro vnitřní proudění s hladkým povrchem má hodnotu přibližně 2 300 a pro vnější proudění kolem překážky může dosahovat až 20 000. 

Omezení Reynoldsova čísla

Definice a výklad Reynoldsova čísla jsou někdy nejednoznačné. Nedorozumění může vzniknout při přesné definice charakterizující rychlosti a charakteristického rozměru. Někdy se Reynoldsovo číslo interpretuje jako poměr konvekce proudění k disipaci proudění. Jindy je interpretováno jako poměr uměle definované turbulentní viskozity k molekulární viskozitě.

Bez ohledu na tyto rozdíly je základní definice Reynoldsova čísla jako poměr setrvačních a difůzních účinků všeobecně platná a je základním stavebním kamenem počítačové mechaniky tekutin (CFD) s širokou škálou aplikací.

automotive-rain-gutter ve velké velikosti.png

Proč je Reynoldsovo číslo důležité pro analýzu CFD?

CFD je dnes nepostradatelným nástrojem v konstrukčním cyklu řady průmyslových výrobků. Reynoldovo číslo hraje důležitou roli při pochopení chování proudění v různých konstrukčních variantách a provozních podmínkách. Apriorní znalost velikosti Reynoldsova čísla pomáhá při vhodném výběru fyzikálních modelů v CFD studii.

Na rozdíl od běžného vnímání využívá CFD korelace představující fyzikální zákony a chování v oblasti turbulence, přenosu tepla, vícefázového proudění a spalování. Reynoldosova čísla také pomáhají při interpretaci řešení CFD. Turbulentní a laminární proudění vykazují odlišné charakteristiky ovlivňují separaci proudění, chování při stagnaci a vlastnosti odporu a poklesu tlaku. Znalost globálního Reynoldsova čísla je užitečná při analýze různých vlastností a chování proudění.

Při mimořádně vysokém Reynoldsově čísle je turbulence intenzivní, což může způsobit mimořádně velký odpor vzduchu. Reynoldsovo číslo můžete použít k předpovědi přechodu z laminárního do turbulentního proudění a k modelování různých situací pro řešení odporu vzduchu.

Reynoldsovo číslo je pro CFD zásadní, protože je základním stavebním prvkem, který se používá k předpovídání přechodu z laminárního do turbulentního proudění, k modelování různých situací proudění a k pochopení toho, jak se proudění vzduchu chová.

vehicle3.png

Autor článku
Ing. Richard Paulas
Ing. Richard Paulas
Vedoucí CFD
+420 702 190 642 paulas@techsoft-eng.cz

Další články

8. 2. 2024

Aerodynamika závodních vozů kategorie T1 Dakar Rally: 2.část

V nadcházející druhé části se zaměříme do dalších technických aspektů Shreka, představíme konkurenční vozidla a…

23. 1. 2024

Aerodynamika závodních vozů kategorie T1 Dakar Rally

Zajímá vás, jak se Shrek stal tak rychlým? O kolik procent se podařilo snížit aerodynamický odpor? Podívejte se na…

Nezávazná poptávka

Nezávazná poptávka
Odesláním formuláře berete na vědomí zásady zpracování osobních údajů.