Nombor Reynolds • James Trefil, Ensiklopedia "Dua ratus hukum alam semesta"

Nombor Reynolds

Osborne Reynolds, dalam ertikata, pengikut terakhir tradisi lama yang baik dalam mekanik klasik Newton. Pada akhir hidupnya, dia juga mengembangkan model mekanikal pemikiran yang teliti dari eter luminiferous (lihat Eksperimen Michelson-Morley), mengikut mana eter adalah sistem zarah sfera terkecil, dengan bebas bergolek antara satu sama lain seperti pelet dalam beg. Sehingga akhir zamannya, beliau percaya bahawa "kemajuan mekanik tidak mempunyai hujungnya … dan hakikat bahawa sezaman seolah-olah itu adalah batas dan kebuntuan … dari masa ke masa, ia hanya akan menjadi satu perubahan baru pada laluan pembangunannya."

Untuk memahami kepentingan penemuan utama hidupnya, anda mesti terlebih dahulu bercakap sedikit tentang apa yang dipanggil kuantiti tak berdimensi. Katakan kita perlu mengukur dimensi geometri sebuah bilik. Katakan kami mengambil langkah pita dan menentukan bahawa panjang bilik adalah 5 meter. Walau bagaimanapun, jika kita mengambil rolet, yang dinilai dalam kaki, ternyata bahawa panjang bilik adalah 15 kaki dan sedikit. Iaitu, nombor yang kami peroleh ketika mengukur akan bergantung kepada unit yang digunakan, sedangkan panjang sebenar bilik tetap malar.

Walau bagaimanapun, terdapat ciri-ciri seperti geometri bilik, yang tidak bergantung pada unit pengukuran. Khususnya, nilai ini adalah nisbah panjang ruang pada lebarnya – yang dipanggil nisbah ciri. Jika bilik mempunyai panjang 20 kaki dan lebar 10 kaki, nisbah cirinya ialah 2. Mengukur panjang dan lebar bilik dalam meter, kita dapati bahawa dimensi bilik adalah 6.096 m × 3.048 m, tetapi nisbah ciri akan tetap sama: 6.096 m: 3.048 m = 2. Dalam kes ini, 2 adalah ciri tidak berdimensi bilik.

Sekarang mari kita beralih kepada aliran bendalir. Cecair yang berbeza dengan aliran yang berbeza dalam paip, di permukaan atau mengalir di sekeliling halangan mempunyai ciri-ciri yang berbeza. Cecair yang tebal (seperti madu), seperti yang dikatakan ahli fizik, lebih banyak kelikatanbukan cecair ringan dan tangkas (sebagai contoh, petrol). Tahap kelikatan cecair ditentukan oleh pekali kelikatan yang dipanggil, yang biasanya dilambangkan oleh huruf Greek η ("Ini"). Kelikatan cecair tebal, lekat η puluhan dan ratusan kali lebih tinggi daripada paru-paru dan cecair.

Reynolds dapat mengesan nombor tak berdimensi yang menerangkan sifat aliran bendalir likat.Ahli sains sendiri menerima percubaan itu, setelah menjalankan siri eksperimen yang melelahkan dengan pelbagai cecair, tetapi tidak lama kemudian ditunjukkan bahawa ia secara teorinya boleh diperoleh daripada undang-undang mekanik Newton dan persamaan hidrodinamik klasik. Nombor ini, yang kini dikenali sebagai nombor Reynolds dan menandakan Remencirikan aliran dan sama dengan:

Re = vL/η

di mana ρ – ketumpatan cecair v – kadar aliran, dan L – panjang ciri elemen aliran (dalam formula ini adalah penting untuk diingat bahawa Re adalah nombor tunggal, bukan produk R × e).

Sekarang mari kita lihat dimensi komponen nombor Reynolds:

  • dimensi pekali kelikatan η – Newtons didarab dengan beberapa saat dibahagikan dengan persegi. meter atau n·dengan/m2. Jika kita ingat bahawa, mengikut definisi, n = kg·m/c2kita akan mendapat kg/m·dengan
  • dimensi ketumpatan ρ – kilogram dibahagikan dengan meter padu, atau kg/m3
  • dimensi kelajuan v – meter dibahagikan dengan saat, atau m/dengan
  • dimensi panjang elemen aliran L – meter, atau m

Dari sini kita dapati bahawa dimensi nombor Reynolds ialah:

(m/dengan) × (m) × (kg/m3) : (kg/m·dengan)

atau, selepas pemudahan,

(kg/m·dengan) : (kg/m·dengan)

Oleh itu, semua unit dalam dimensi nombor Reynolds dikurangkan, dan ia benar-benar berubah menjadi kuantiti tanpa dimensi.

Reynolds dapat mengetahui bahawa apabila nombor ini adalah 2000-3000, aliran itu menjadi sepenuhnya bergolak, dan jika Re kurang daripada beberapa ratus – aliran itu sepenuhnya laminar (iaitu tidak mengandungi pergolakan). Antara kedua-dua nilai tersebut, aliran itu adalah perantaraan.

Sudah tentu, nombor Reynolds boleh dianggap sebagai hasil eksperimen semata-mata, tetapi boleh ditafsirkan dari kedudukan undang-undang Newton. Bendalir dalam aliran mempunyai gerak hati, atau, seperti yang dikatakan ahli teori, "daya inersia". Pada dasarnya, ini bermakna bahawa cecair yang bergerak cenderung untuk meneruskan pergerakannya pada kelajuan yang sama. Dalam cecair likat, ini dihalang oleh daya geseran dalaman antara lapisan bendalir, yang cenderung melambatkan aliran. Nombor Reynolds hanya mencerminkan hubungan antara dua kuasa ini – inersia dan kelikatan. Nilai tinggi nombor Reynolds menggambarkan keadaan apabila daya kelikatan agak kecil dan tidak mampu melancarkan pergolakan aliran bergelora. Nilai kecil nombor Reynolds sesuai dengan keadaan apabila daya likat menghilangkan pergolakan, menjadikan aliran laminar.

Nombor Reynolds sangat berguna dari sudut pandangan aliran pemodelan dalam pelbagai cecair dan gas, kerana kelakuan mereka tidak bergantung kepada kelikatan, kepadatan, halaju dan dimensi linear sebenar unsur aliran, tetapi hanya pada nisbah mereka, yang dinyatakan oleh nombor Reynolds. Sebagai contoh, mungkin, contohnya, untuk meletakkan model pesawat yang dikurangkan dalam terowong angin dan menyesuaikan kadar aliran supaya nombor Reynolds sepadan dengan keadaan sebenar pesawat terbang berskala penuh dalam penerbangan. (Hari ini, dengan perkembangan teknologi komputer yang kuat, keperluan untuk terowong angin telah hilang, kerana aliran udara dapat dimodelkan pada komputer. Khususnya, pesawat awam pertama yang direka sepenuhnya dengan menggunakan simulasi komputer ialah Boeing 747. Dalam hal ini, menarik untuk diperhatikan bahawa apabila mereka bentuk kapal layar perlumbaan dan bangunan bertingkat tinggi, mereka masih menjadi "run-in" dalam terowong angin.)

Osbourne REYNOLDS
Osborne Reynolds, 1842-1912

Fizik jurutera Ireland. Dilahirkan di Belfast, dalam keluarga seorang imam keturunan Gereja Anglikan.Selepas kursus kejuruteraan praktikal yang pendek di sebuah syarikat pembinaan, beliau memasuki Cambridge, dan selepas itu, walaupun beliau masih muda, dia segera menerima jawatan profesor di Jabatan Kejuruteraan Awam di Owens College (Universiti moden Manchester), yang telah diadakan selama 37 tahun. Reynolds terlibat dalam perkembangan saintifik dan teknikal dalam bidang hidrodinamik dan hidraulik, menjadi pengasas teori-teori pelinciran dan pergolakan, pada asasnya meningkatkan reka bentuk pam empar. Untuk mengkaji aliran sirip kepala, dia membina model berkurang delta sungai Mersey.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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