유체 흐름은 층류 흐름과 난류 흐름의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 층류는 유체가 그들 사이에 혼란이없는 무한 평행 층으로 흐를 때 발생합니다. 층류에서 유체 층은 흐름 자체에 정상적인 eddies,소용돌이 또는 전류가없는 상태에서 병렬로 미끄러집니다. 이러한 유형의 흐름은 비 교차 유선을 특징으로하기 때문에 유선형 흐름이라고도합니다(그림 1).

층류 정권은 운동량 확산에 의해 지배되는 반면 운동량 대류는 덜 중요합니다. 더 물리적 인 측면에서,그것은 점성력이 관성력보다 높다는 것을 의미합니다.

역사

사이 구별을 층류 및 난류의 체제가 처음 공부하고 오스본 이론 레이놀즈에서 두 번째의 절반은 19 세기까지 거슬러 올라간다. 그의 첫 번째 간행물\(^{1}\)이 주제에 대한 이정 연구에서의 유체역학.

이 작품은 레이놀즈가 층류에서 난류 정권으로의 전환을 보여주기 위해 사용한 실험을 기반으로했다.

실험은 대형 유리 파이프에서 물 흐름의 거동을 조사하는 것으로 구성되었습니다. 흐름을 시각화하기 위해 레이놀즈는 염색 된 물 작은 정맥을 흐름에 주입하고 다른 유속에서의 거동을 관찰했습니다. 속도가 낮을 때,염색 된 층은 파이프의 전체 길이를 통해 뚜렷하게 남아있었습니다. 속도가 증가했을 때,정맥은 그림 2 와 같이 튜브의 단면 전체에 걸쳐 파열되어 확산되었습니다.

따라서,레이놀즈 설명의 존재는 두 개의 서로 다른 흐름은 정권 이라는 층류 및 난류 흐름으로 구분하여 전 단계입니다. 그는 또한이 전환의 발생에 영향을 미치는 여러 요인을 확인했습니다.

레이놀즈 수

레이놀즈 수(Re)는 관성력과 점성력 사이의 비율을 표현하는 무 차원 수입니다. 개념을 처음 소개되었으로 가브리엘 조지 스톡스에는 1851 년 하지만 대중화되었여 오스본 레이놀즈,제안으로 매개 변수 식별을 사이의 전환을 층류 및 난류 흐름입니다. 이러한 이유로,치수 번호는 1908\(^2\)의 Osborne Reynolds 의 이름을 따서 Arnold Sommerfeld 에 의해 명명되었습니다. 레이놀즈 수은 거시적인 매개변수의 흐름에 그것의 세계 성과는 수학적으로 정의된다:

$$재=\frac{\rho u d}{\mu}=\frac{ud}{\뉴}\태그{1}$$

가:

• \(\rho\)밀도의 유동성
• \(u\)은 거시적인 속도 액체의
• \(d\)는 특징적인 길이(또는 유압 직경)
• \(\mu\)은 동점도 유체의
• \(\뉴\) 은 동점도 유체의

낮은 값의\(재\),흐름은 층. 면\(재\)특정 임계값을 초과하는,부분 개발 난류에서 발생 흐름이 정권은 일반적으로”전 정권이”발생한 특정 범위의 레이놀즈 수입니다. 마지막으로\(Re\)의 특정 값을 초과하면 흐름이 완전히 난류가됩니다. 의 평균 값\(재\)전 정권은 일반적으로 이름이”중요한 레이놀즈 수”라고 하는 것으로 간주 사이의 임계값 층류 및 난류 흐름입니다.

레이놀즈 수는 유체의 재료 특성과 응용 프로그램의 기하학적 특성에 모두 의존한다는 것을 알 수 있습니다. 이것은 두 가지 주요 결과로서의 사용은 이번호:

• 레이놀즈 수은 의미를 설명하는 글로벌 동작의 흐름이지 않고,지역 문제; 큰 도메인에서는 전체 도메인으로 확장되지 않는 작은/지역화 된 난류 영역을 갖는 것이 가능합니다. 이러한 이유로,적용의 정확한 영역과 특성 길이를 결정하기 위해 흐름의 물리학을 이해하는 것이 중요합니다.
• 레이놀즈 수는 응용 프로그램의 속성입니다. 동일한 응용 프로그램의 다른 구성은 다른 임계 레이놀즈 번호를 가질 수 있습니다.

다음 표에서 레이놀즈 수와 다른 문제에서 얻은 정권 사이의 대응이 표시됩니다:

전 정권

전 정권을 분리 층류 및 난류 흐름입니다. 그것은 발생하는 범위에 대한의 레이놀즈 수 있는 층류 및 난류의 정권 동거 동일한 흐름이 일어나기 때문에 레이놀즈 수은 글로벌 견적은 난류의하지 않는 특성화 교류입니다. 실제로 다른 매개 변수는 로컬 흐름 체제에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어,흐름에서 닫힌 파이프,공부 분석을 통해 무디스의 도표(그림 3),에서는 동작의 흐름(설명을 통해 마찰 계수)에 따라 레이놀즈 수는 상대 거칠기\(^3\). 상대 거칠기는 경계와의 근접성 때문에 다르게 동작하는 영역의 존재를 나타내는”로컬”요소입니다. 완전히 난류 흐름을 보고 오른쪽에서 차트의(여기서 커브가 플랫)및 발생에 대한 높은 재 및/또는 높은 값의 거칠기,는 교란 흐름을 타고 있습니다. 왼쪽에는 층류 정권이 설명되어 있으며 거칠기와 선형이며 독립적입니다. 가장 흥미로운 부분 중 하나는,전 정권에서 마찰 계수에 매우 의존한 두 레이놀즈 수는 상대 거칠기. 또한,난류 정권의 시작에 대한 설명은 그 aleatory 성격 때문에 신뢰할 수 없습니다.

응용 프로그램

층 흐름이 모두 있는 학문 및 산업분야에 적용 가능합니다.

층류 정권의 많은 흐름이 고급 시뮬레이션 기술 개발을위한 벤치 마크로 사용됩니다. 이것은 그림 4(a)에 설명 된”뚜껑 구동 캐비티”\(^4\)의 경우이며,\(Re=1000\)의 임계 레이놀즈 수를 보여줍니다. 결과 속도 필드(그림 4(b))는 레이놀즈 수와 주요 흐름 특성(예: eddies 수,eddies 중심 위치,velocity profile)은 광범위하게 벤치마킹되었습니다.

의 산업 관점에서 보기 류는 정권은 일반적으로 개발한에서의 흐름 저렴한 속도,낮은 밀도 높은 점도 있다. 이것은 보통의 경우 자연 대류(그림 5)또는 환기 시스템 작업에서 낮은 속도(그림 6).

최종 업데이트:2021 년 2 월 5 일