Número de Reynolds | Son más de 10 hechos importantes

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Definición del número de Reynolds

"El número de Reynolds es la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas".

El número de Reynolds es un número adimensional que se utiliza para estudiar los sistemas de fluidos de diversas formas, como el patrón de flujo de un fluido, la naturaleza del flujo y varios parámetros mecánicos de fluidos. El número de Reynold también es importante en el estudio de la transferencia de calor. Se ha desarrollado mucha correlación, incluido el número de Reynold en mecánica de fluidos, tribología y transferencia de calor. La preparación de varios medicamentos en farmacia requirió el estudio numérico de Reynold.

En realidad, es una representación y comparación de la fuerza de inercia y la fuerza viscosa.

Ecuación numérica de Reynolds

El número de Reynold adimensional representa si el fluido que fluye sería un flujo laminar o un flujo turbulento, considerando algunas propiedades como la velocidad, la longitud, la viscosidad y el tipo de flujo. El número de Reynold se ha discutido de la siguiente manera:

El número de Reynold generalmente se denomina como la relación de la fuerza de inercia a la fuerza viscosa y caracteriza la naturaleza del flujo como laminar, turbulento, etc. Veamos por la ecuación de la siguiente manera:

Re = \ frac {fuerza de inercia} {fuerza viscosa}

Fuerza de inercia = \ rho AV ^ {2}

Fuerza viscosa = \ frac {\ mu VA} {D}

Al poner la fuerza de inercia y la expresión de fuerza viscosa en la expresión numérica de Reynold, obtenemos

Re = \ frac {\\ rho VD} {\ mu}

En la ecuación anterior,

Re = número de Reynold (número adimensional)

? = densidad del fluido (kg / m3)

V = velocidad de flujo (m / s)

D = Diámetro de flujo o tubería / Longitud de características (m)

μ = Viscosidad del fluido (N * s / m2)

Unidades numéricas de Reynolds

El número de Reynold no tiene dimensiones. No hay una unidad de número de Reynolds.

Número de Reynolds para flujo laminar

La identificación del flujo puede ser posible conociendo el número de Reynold. El número de flujo laminar de Reynold es menor que 2000. En un experimento, si obtiene un valor del número de Reynold menor que 2000, entonces puede decir que el flujo es laminar.

Número de agua de Reynolds

La ecuación del número de Reynold se da como

Número de Reynolds = \ frac {Densidad del fluido \ cdot velocidad del flujo \ cdot Diámetro del flujo / Longitud} {Viscosidad del fluido}

Si analizamos la ecuación anterior, el valor del número de Reynolds depende de la densidad del fluido, la velocidad del flujo, el diámetro del flujo directa e inversamente con la viscosidad del fluido. Si el fluido es agua, entonces la densidad y la viscosidad del agua son los parámetros que dependen directamente del agua.

laminar a turbulento
Credito de imagen : libros de cerveza desde cerca de Seattle, EE. UU., Laminar a turbulento - Flickr - brewbooksCC BY-SA 2.0

Número de Reynolds para flujo turbulento

Generalmente, el experimento del número de Reynolds puede predecir el patrón de flujo. Si el valor del número de Reynold es> 4000, entonces el flujo se considera de naturaleza turbulenta.

Coeficiente de arrastre (Cd) vs número de Reynolds (Re) en varios objetos

Credito de imagen : "Archivo: Coeficiente de arrastre (Cd) frente al número de Reynolds (Re) en varios objetos.png" por Welty, Wicks, Wilson, Rorrer. tiene licencia bajo CC BY-SA 4.0

Número de Reynolds en una tubería

Si el fluido fluye a través de la tubería, queremos calcular la cantidad de fluido de Reynold que fluye a través de una tubería. El resto de todos los parámetros depende del tipo de fluido, pero el diámetro se toma como tubería Diámetro hidráulico DH (Para esto, el flujo debe salir correctamente de la tubería)

Número de Reynolds = \ frac {Densidad del fluido \ cdot velocidad del flujo \ cdot Diámetro hidráulico del flujo / Longitud} {Viscosidad del fluido}

Número de aire de Reynolds

Como hemos comentado en Número de Reynold para el agua, El número de Reynold para el aire depende directamente de la densidad y viscosidad del aire.

Rango de números de Reynolds

El número de Reynold es el criterio para saber si el flujo es turbulento o laminar.

Si consideramos que el flujo es interno,

Si el flujo Re <(2000 a 2300) se considera características laminar,

 Re> 4000 representa flujo turbulento

Si el valor de Re está en el medio (es decir, 2000 a 4000) representa el flujo de transición.

Tabla de números de Reynolds

El gráfico de mal humor se traza entre el número de Reynolds y el factor de fricción para diferentes rugosidades.

Podemos encontrar el factor de fricción de Darcy-Weisbach con el número de Reynold. Se ha desarrollado una correlación analítica para encontrar el factor de fricción.

Número de Reynolds
El número de Reynold en Wikipedia diagrama de Moody
Crédito Diagrama original: S Beck y R Collins, Universidad de Sheffield (Hecho por la segunda ley at Wikipedia en inglés) Conversión a SVG: Marc.derumauxMoody ESCC BY-SA 4.0

Viscosidad cinemática del número de Reynolds

La viscosidad cinemática se da como,

Viscosidad cinemática = \ frac {Viscosidad del fluido} {Densidad del fluido}

La ecuación del número de Reynold,

Número de Reynolds = \ frac {Densidad del fluido \ cdot velocidad del flujo \ cdot Diámetro hidráulico del flujo / Longitud} {Viscosidad del fluido}

La ecuación anterior se forma como se muestra a continuación si la escribe en forma de viscosidad cinemática,

[Número de Reynolds = \ frac {velocidad del flujo \ cdot Diámetro hidráulico del flujo / Longitud} {Viscosidad cinemática del fluido}

Re = \ frac {VD} {\ nu}

Cilindro de número de Reynolds

Si el fluido fluye a través del cilindro y queremos calcular el número de fluido de Reynold que fluye a través del cilindro. El resto de todos los parámetros depende del tipo de fluido, pero el diámetro se toma como diámetro hidráulico DH (Para esto, el flujo debe salir correctamente del cilindro)

Número de Reynolds caudal másico

Luego analizamos la ecuación numérica de Reynold si queremos ver la relación entre el número de Reynold y la tasa de flujo másico.

Re = \ frac {\ rho VD} {\ mu}

Como sabemos por la ecuación de continuidad, el caudal másico se expresa como se muestra a continuación,

m = \ rho \ cdot A \ cdot V

Al poner valores de caudal másico en la ecuación numérica de Reynolds,

Re = \ frac {m \ cdot D} {A \ cdot \ mu}

Se puede observar claramente a partir de la expresión anterior que el número de Reynold tiene una relación directa con el caudal másico.

Número de Reynolds de flujo laminar vs turbulento | Número de Reynolds laminar vs turbulento

Generalmente, en mecánica de fluidos, estamos analizando dos tipos de flujo. Uno es el flujo laminar que ocurre a baja velocidad y otro es el flujo turbulento que generalmente ocurre a alta velocidad. Su nombre describe el flujo laminar como las partículas de fluido fluyen en la lámina (lineal) a lo largo del flujo. En flujo turbulento, el fluido viaja con movimientos aleatorios a lo largo del flujo.

Entendamos este punto importante en detalle,

Número de Reynolds para Flujo laminar y turbulento
Credito de imagen :JoseasorrentinoTransicion laminar a turbulentoCC BY-SA 3.0

Flujo laminar

En el flujo laminar, las capas adyacentes de partículas de fluido no se cruzan entre sí y los flujos en direcciones paralelas se conocen como flujo laminar.

En el flujo laminar, todas las capas de fluido fluyen en línea recta.

  • Existe la posibilidad de ocurrencia de flujo laminar cuando el fluido fluye a baja velocidad y el diámetro de la tubería es pequeño.
  • El flujo de fluido con un número de Reynold inferior a 2000 se considera flujo laminar.
  • El flujo de fluido es muy lineal. Existe la intersección de capas adyacentes del fluido, y fluyen paralelas entre sí y con la superficie de la tubería.
  • En flujo laminar, el esfuerzo cortante solo depende de la viscosidad del fluido e independiente de la densidad del fluido.

Flujo turbulento

El flujo turbulento es opuesto al flujo laminar. Aquí, en el flujo de fluido, las capas adyacentes del fluido que fluye se cruzan entre sí y no fluyen paralelas entre sí, lo que se conoce como flujo turbulento.

Las capas de fluido adyacentes o las partículas de fluido no fluyen en línea recta en un flujo turbulento. Fluyen al azar en direcciones en zigzag.

  • El flujo turbulento es posible si la velocidad del fluido que fluye es alta y el diámetro de la tubería es mayor.
  • El valor del número de Reynold puede identificar el flujo turbulento. Si el valor del número de Reynold es más de 4000, entonces el flujo se considera un flujo turbulento.
  • El fluido que fluye no fluye unidireccionalmente. Hay una mezcla o intersección de diferentes capas de fluidos, y no fluyen en direcciones paralelas entre sí, sino que se cruzan entre sí.
  • El esfuerzo cortante depende de su densidad en un flujo turbulento.

Número de Reynolds para placa plana

Si analizamos el flujo sobre una placa plana, entonces el número de Reynolds se calcula por la longitud característica de la placa plana.

Re = \ frac {\ rho VL} {\ mu}

En la ecuación anterior, el diámetro D se reemplaza por L, que es la longitud característica del flujo sobre una placa plana.

Número de Reynolds vs coeficiente de arrastre

Suponga que el valor del número de Reynold es menor que la fuerza de inercia. Hay una fuerza viscosa más alta que domina la fuerza de inercia.

Si la viscosidad del fluido es mayor, entonces la fuerza de arrastre es mayor.

Número de Reynolds de una esfera

Si desea calcularlo para este caso, la fórmula es

Re = \ frac {\ rho VD} {\ mu}

Aquí, el diámetro D se toma como el diámetro hidráulico de una esfera en cálculos como cilindro y tubería.

¿Qué es el número de Reynolds?

El número de Reynold es la relación entre la fuerza de inercia y la fuerza viscosa. Re lo indica. Es un número adimensional.

Re = \ frac {fuerza de inercia} {fuerza viscosa}

Significado del número de Reynolds | Significado físico del número de Reynolds

El número de Reynold no es más que comparar dos fuerzas. Uno es la fuerza de inercia y el segundo es la fuerza viscosa. Si tomamos ambas relaciones de fuerza, se obtiene un número adimensional conocido como número de Reynold. Este número ayuda a conocer las características del flujo y saber cuál de las dos fuerzas impacta más en el flujo. El número de Reynold también es importante para la estimación del patrón de flujo.

   Fuerza viscosa -> Mayor -> Flujo laminar -> Flujo de aceite

   Fuerza de inercia -> Mayor -> Flujo turbulento> Olas del océano

Experimento de Reynolds

Osborne Reynolds realizó por primera vez el experimento de Reynolds en 1883 y observó que el movimiento del agua tiene un patrón laminar o turbulento.

Este experimento es muy famoso en mecánica de fluidos. Este experimento se usa ampliamente para determinar y observar los tres flujos. En este experimento, el agua fluye a través de un tubo de vidrio o una tubería transparente.

El tinte se inyecta con flujo de agua en un tubo de vidrio. Puede notar el flujo de tinte dentro del tubo de vidrio. Si el tinte tiene un color diferente al del agua, es claramente observable. Si el tinte fluye en línea o en línea, entonces el flujo es laminar. Si el tinte muestra turbulencia o no fluye en línea, podemos considerar el flujo turbulento. Este experimento es simple e informativo para que los estudiantes aprendan sobre el flujo y el número de Reynolds.

Número crítico de Reynolds

El número de Reynolds crítico es la fase de transición de la región de flujo laminar y turbulento. Cuando el flujo cambia de laminar a turbulento, la lectura del número de Reynold se considera un número de Reynold crítico. Se indica como ReCr.  Para cada geometría, este número crítico de Reynold será diferente.

Conclusión

El número de Reynolds es un término importante en el campo de la ingeniería y la ciencia. Se utiliza en el estudio de flujo, transferencia de calor, farmacia, etc. Hemos elaborado este tema en detalle debido a su importancia. Hemos incluido algunas preguntas y respuestas prácticas con este tema.

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Sobre Deepakkumar Jani

Soy Deepak Kumar Jani, estoy cursando un doctorado en energía mecánica renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos de investigación. Mi área temática de interés es la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, el dibujo técnico, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hibridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
Me complace ser parte de Lambdageeks y me gustaría presentar parte de mi experiencia de una manera simplista a los lectores.
Aparte de lo académico y la investigación, me gusta vagar por la naturaleza, capturar la naturaleza y crear conciencia sobre la naturaleza entre las personas.
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