عدد رینولدز | هوافضای جوان

عدد رینولدز

علم مکانیک سیالات راجع به مفاهیمی است که رفتار پیچیده‌ی سیال را بررسی می‌کند. محققان در این زمینه برای پیش بینی و بررسی رفتار سیال در طبیعت، از معادلات ریاضی کمک می‌گیرند. یکی از مفاهیم پایه‌ای در زمینه‌ی مکانیک سیالات، عدد رینولدز است. این مفهوم به قدری مهم است که در بررسی اکثر مسائلی که شامل سیال باشد، دیده می‌شود.

عدد رینولدز، یکی از اعداد بدون بعد می‌باشد که به پیش بینی رفتار سیال در شرایط مختلف کمک می‌کند. عدد رینولدز ابتدا توسط آقای George Stokes معرفی شد، اما بعدا در سال ۱۹۰۸ به خاطر فعالیت‌ها و آزمایش‌های آقای Osborne Reynolds در زمینه‌ی مکانیک سیالات و ایرودینامیک، این نسبت به اسم عدد رینولدز نام گذاری شد.

اگر بخواهیم دینامیک سیال را بررسی کنیم، می‌توان گفت که عدد رینولدز نمایانگر نسبت نیروهای اینرسی به نیروهای لزج سیال می‌باشد. نیروی اینرسی از تغییر اندازه و راستای سرعت سیال نشات می‌گیرد و نیروی لزج از به هم چسبیدن لایه‌های سیال به یکدیگر ایجاد می‌شود. پس عدد رینولدز نشان می‌دهد که نسبت این دو نیرو با همدیگر چه مقداری است و سیال به چه اندازه منظم و یا به صورت رندم در حال عبور می‌باشد. در حالتی که نیروهای لزج در سیال بزرگتر از نیروهای اینرسی باشند، عدد رینولدز پایین می‌باشد. همچنین، در حالتی که نیروهای اینرسی در سیال قوی‌تر باشند، عدد رینولدز بزرگتری ایجاد می‌شود.

به طور معمول، رفتار سیال در سه حالت آرام، گذرا و آشفته تقسیم می‌شود. عدد رینولدز مشخص می‌کند که سیال در چه حالتی قرار دارد. در عدد رینولدز کم، رفتار سیال به صورت آرام می‌باشد. به طوری که سیال در این حالت به صورت لایه‌های روی همدیگر در حال عبور می‌باشد. در عدد رینولدز بالا، سیال رفتاری آشفته دارد و سیال با سرعت‌های مختلف در جهات مختلف در حال عبور است. در بعضی نقاط حتی بردار سرعت سیال مخالف جهت کلی جریان می‌شود. در اعداد رینولدز مابین این دو، رفتار جریان به صورت گذرا می‌باشد. یعنی جریان در حال تغییر رفتار از حالت آرام به حالت آشفته می‌باشد.

تصویری از آقای رینولدز در حال نشان دادن نحوه‌ی رفتار سیال در حالت آرام و آشفته به همراه دستگاه جریان آشفته‌ای که ایشان ساختند. این دستگاه هم اکنون در دانشگاه منچستر انگلیس می‌باشد.

اما حالت گذر سیال پایدار نیست و معمولا در محاسبات، سیال را آرام و یا آشفته فرض می‌کنند. عدد رینولدز مابین این دو حالت را رینولدز بحرانی می‌گویند. رینولدز بحرانی برای جریان‌های مختلف، به صورت تجربی محاسبه می‌شود. به عنوان مثال، رینولدز بحرانی برای جریان داخل لوله حدود ۲۲۰۰ است. شکل زیر، نمایی از جریان داخل کانال با سه عدد رینولدز مختلف را نشان می‌دهد.

 

این تصویر، نمایی از سه حالت جریان داخل کانال را نشان می‌دهد. با استفاده از آشکار ساز جریان می‌توان فهمید که جریان آرام (دومی از بالا)، جریان گذرا (سومی) و جریان آشفته (آخرین کانال) به چه شکل می‌باشد.

عدد رینولدز کاربردهای فراوانی دارد، با استفاده از این مفهوم می‌توان، از رفتار سیال در داخل کانال گرفته تا جریان عبوری روی بال هواپیما را پیش بینی و تحلیل کرد. برای پیش بینی گذر از حالت آرام به آشفته و همچنین بررسی جریان‌های مشابه اما در اندازه‌های مختلف، مانند جریان عبوری روی مدل هواپیما در تونل باد و جریان هوای عبوری روی هواپیمای واقعی، می‌توان این مفهوم را به کار برد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.