Số Reynolds • James Trefil, Bách khoa toàn thư "Hai trăm luật của vũ trụ"

-Số Reynolds

Osborne Reynolds, theo một nghĩa nào đó, người đi theo cuối cùng của truyền thống cũ tốt về cơ học cổ điển của Newton. Vào cuối cuộc đời, anh ta thậm chí còn phát triển một mô hình cơ học được suy nghĩ cẩn thận về ether luminiferous (thấy Thí nghiệm Michelson-Morley), theo đó ether là một hệ thống các hạt hình cầu nhỏ nhất, tự do lăn tương đối với nhau như bột viên trong túi. Cho đến cuối ngày, ông tin rằng "sự tiến bộ của cơ học không có kết thúc … và thực tế những người đương thời tin rằng đó là giới hạn và kết thúc chết … theo thời gian, nó sẽ chỉ là một bước ngoặt mới trên con đường phát triển của nó."

Để hiểu tầm quan trọng của khám phá chính của cuộc đời mình, trước tiên bạn phải nói một chút về cái gọi là vô số lượng. Giả sử chúng ta cần đo kích thước hình học của một căn phòng. Giả sử chúng tôi lấy thước đo băng và xác định chiều dài của căn phòng là 5 mét. Tuy nhiên, nếu chúng tôi lấy roulette, được xếp loại theo chân, nó chỉ ra rằng chiều dài của căn phòng là 15 feet và một chút. Đó là, các con số chúng tôi thu được khi đo sẽ phụ thuộc vào các đơn vị được sử dụng, trong khi chiều dài thực tế của căn phòng vẫn không đổi.

Tuy nhiên, có những đặc điểm như hình học của căn phòng, không phụ thuộc vào các đơn vị đo lường. Đặc biệt, giá trị này là tỷ lệ chiều dài của căn phòng với chiều rộng của nó – cái gọi là tỷ số đặc trưng. Nếu phòng có chiều dài 20 feet và chiều rộng 10 feet, tỷ lệ đặc trưng của nó là 2. Đo chiều dài và chiều rộng của căn phòng theo mét, chúng tôi nhận được kích thước phòng là 6.096 m × 3.048 m, nhưng tỷ lệ đặc tính sẽ vẫn giữ nguyên: 6.096 m: 3.048 m = 2. Trong trường hợp này, 2 là đặc tính không kích thước của căn phòng.

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang dòng chảy của chất lỏng. Các chất lỏng khác nhau với dòng chảy khác nhau trong đường ống, trên bề mặt hoặc chảy xung quanh các chướng ngại vật có các đặc tính khác nhau. Một chất lỏng dày, dính (như mật ong) có, như các nhà vật lý nói, nhiều hơn độ nhớtchứ không phải là chất lỏng nhẹ và nhanh nhẹn (ví dụ, xăng). Mức độ nhớt của chất lỏng được xác định bởi hệ số độ nhớt, thường được biểu thị bằng chữ cái Hy Lạp. η ("Cái này"). Độ nhớt của chất lỏng dày, dính η hàng chục và hàng trăm lần cao hơn phổi và chất lỏng.

Reynolds đã có thể phát hiện một số không kích thước mô tả bản chất của dòng chảy của một chất lỏng nhớt.Bản thân nhà khoa học đã nhận được thí nghiệm, sau khi tiến hành một loạt thí nghiệm với nhiều chất lỏng khác nhau, nhưng nó sớm được chứng minh rằng về mặt lý thuyết nó có thể bắt nguồn từ định luật cơ học Newton và phương trình thủy động học cổ điển. Con số này, giờ được gọi là số Reynolds và biểu thị Remô tả lưu lượng và bằng:

Re = vLρ/η

ở đâu ρ – mật độ chất lỏng v – tốc độ dòng chảy và L – chiều dài đặc trưng của nguyên tố dòng chảy (trong công thức này, điều quan trọng cần nhớ là Re là một số duy nhất, không phải là một sản phẩm R × e).

Bây giờ chúng ta hãy xem xét kích thước của các thành phần của số Reynolds:

  • -hệ số độ nhớt η – Newton nhân với số giây chia cho bình phương. mét hoặc n·với/m2. Nếu chúng ta nhớ lại, theo định nghĩa, n = kg·m/c2chúng tôi sẽ nhận được kg/m·với
  • kích thước mật độ ρ – kilôgam chia cho mét khối, hoặc kg/m3
  • kích thước của tốc độ v – mét chia cho giây, hoặc m/với
  • chiều dài của phần tử luồng L – mét, hoặc m

Từ đây chúng ta có được rằng kích thước của số Reynolds là:

(m/với) × (m) × (kg/m3) : (kg/m·với)

hoặc, sau khi đơn giản hóa,

(kg/m·với) : (kg/m·với)

Vì vậy, tất cả các đơn vị trong kích thước của số Reynolds được giảm, và nó thực sự hóa ra là một số lượng không kích thước.

Reynolds đã có thể tìm ra rằng khi con số này là 2000-3000, dòng chảy trở nên hoàn toàn hỗn loạnvà nếu Re ít hơn vài trăm – luồng hoàn toàn laminar (tức là không chứa nhiễu loạn). Giữa hai giá trị này, luồng là trung gian.

Tất nhiên, số Reynolds có thể được coi là kết quả thử nghiệm hoàn toàn, nhưng nó có thể được giải thích từ vị trí của định luật Newton. Chất lỏng trong một dòng có một xung, hoặc, như các nhà lý thuyết đôi khi nói, "lực quán tính". Về bản chất, điều này có nghĩa là chất lỏng di chuyển có xu hướng tiếp tục chuyển động của nó ở cùng một tốc độ. Trong một chất lỏng nhớt, điều này được ngăn chặn bởi các lực ma sát bên trong giữa các lớp chất lỏng, có xu hướng làm chậm dòng chảy. Số Reynolds chỉ phản ánh mối quan hệ giữa hai lực này – quán tính và độ nhớt. Các giá trị cao của số Reynolds mô tả tình huống khi các lực nhớt tương đối nhỏ và không thể làm nhẵn dòng rối loạn hỗn loạn. Các giá trị nhỏ của số Reynolds tương ứng với tình huống khi các lực nhớt gây ra sự hỗn loạn, làm cho lớp dòng chảy.

Số Reynolds rất hữu ích từ quan điểm của dòng mô hình trong các chất lỏng và khí khác nhau, vì hành vi của chúng không phụ thuộc vào độ nhớt thực tế, mật độ, vận tốc và kích thước tuyến tính của nguyên tố dòng chảy, mà chỉ dựa trên tỷ lệ của chúng, được biểu thị bằng số Reynolds. Nhờ đó, có thể, ví dụ, để đặt một mô hình giảm của một chiếc máy bay trong một đường hầm gió và điều chỉnh tốc độ dòng chảy để số Reynolds tương ứng với tình hình thực tế của một chiếc máy bay toàn diện trong chuyến bay. (Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ máy tính mạnh mẽ, nhu cầu về đường hầm gió đã biến mất, vì luồng không khí có thể được mô hình hoá trên máy tính. khi thiết kế du thuyền đua xe và các tòa nhà cao tầng, chúng vẫn đang được “chạy vào” trong các đường hầm gió.)

Osbourne REYNOLDS
Osborne Reynolds, 1842-1912

Nhà vật lý kỹ sư người Ireland. Sinh ra ở Belfast, trong gia đình của một linh mục di truyền của Giáo hội Anh giáo.Sau một khóa học kỹ thuật ngắn tại một công ty xây dựng, ông vào Cambridge, sau đó, mặc dù có tuổi trẻ tương đối, ông ngay lập tức nhận được giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Xây dựng tại trường Owens College (Đại học Manchester hiện đại). Reynolds đã tham gia vào các phát triển khoa học và kỹ thuật trong lĩnh vực thủy động lực học và thủy lực, trở thành người sáng lập các lý thuyết về bôi trơn và biến động, về cơ bản cải thiện thiết kế của máy bơm ly tâm. Để nghiên cứu dòng chảy đầu giếng, ông đã xây dựng một mô hình giảm của đồng bằng sông Mersey.


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: