Liczba Reynoldsa - jedna z liczb podobieństwa stosowanych w reologii(nauka o plastycznej deformacji, odkształceniach oraz płynięciu materiałów). Przy jej pomocy można oszacować stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Liczba Reynoldsa jest kryterium do wyznaczania charakterystyki przepływu płynu (cieczy lub gazu).

Gdzie:

• l - wymiar charakterystyczny

• v - prędkość charakterystyczna płynu

• ρ - gęstość płynu

• μ - lepkość dynamiczna

• ν - lepkość kinematyczna

Liczba Reynoldsa określa charakter przepływu. Dla przepływu płynu przez rurę, gdzie za v przyjmuje się średnią prędkość przepływu, a za l średnicę rury, zbadano doświadczalnie, że w przybliżeniu dla:

• Re<2300 - przepływ laminarny (uporządkowany)

• 2300<Re<10000 - przepływ przejściowy (częściowo burzliwy)

• Re>10000 - przepływ turbulentny (burzliwy)

Podane granice obszarów są umowne i zależą od cytowanych źródeł. Dla innych przepływów niż w rurach podanie podobnych granic jest również możliwe. Nie istnieją jednak ich uniwersalne wartości, ponieważ zależą od tego co zostanie uznane za "charakterystyczne" w odniesieniu do wielkości v i l^[1] (w przypadku płynów ściśliwych także ρ, a dla płynów nienewtonowskich μ).

Liczba ta nazwę swoją wzięła od Osborne'a Reynoldsa - irlandzkiego inżyniera, który zaproponował jej stosowanie.

Przepływy laminarne i turbulentne.

Wnikliwie obserwacje przepływów rzeczywistych wskazują na możliwość istnienia dwóch odmiennych struktur pola prędkości. Mianowicie przy stosunkowo małych prędkościach elementy płynu poruszają się po torach prostych lub łagodnie zakrzywionych w zależności od kształtu ścian sztywnych, w pobliżu których odbywa się przepływ. Makroskopowo strawia to wrażenie, jakby elementy poruszały się tworząc warstwy, pomiędzy którymi nie ma żadniej wymiany cząsteczek, ani pędu. Taki przepływ nazywa sie laminarnym albo uwarstwionym (lamina-warstwa).

Przy prędkościach wiekszych od pewnej wartości krytycznej (lecz przy niezmienionych pozostałych parametrach przepływu), oprócz ruchu głównego, pojawiają się przypadkowe ruchy poboczne, a tory elementów przyjmują kształty nieregularnie, przestrzennie powyginanych krzywych. Taki przepływ nazywamy turbulentnym lub burzliwym.

Podział ten wprowadził angielski badacz Osborn Reynolds, który jako pierwszy podał naukową interpretację wyników obserwacji przepływów, a także opracował pewną teorię przepływów turbulentnych.

Reynolds obserwował zachowanie się cienkiej strugi zabarwionej cieczy (tzn.”nitki barwnej”), wprowadzonej równolegle do osi poziomej rury szklanej o przekroju kołowym. Przez rure przepływa czysta woda ze zmienną prędkością średnią, regulowaną za pomocą zaworu.

Przy stosunkowo małej prędkości nitka barwna rysuje się ostro i wyraźnie, czemu odpowiada przepływ laminarny. Jednakże zwiększając stopniowo prędkość okazuje się, że po przekroczeniu pewnej wartości v=v_kr , zwanej prędkością krytyczną, barwna nitka zaczyna podlegać gwałtownym wahaniom, aby w dalszym odcinku rury rozproszyć się zupełnie, zabarwiając lekko cały strumień główny. Najwidoczniej cząsteczki cieczy, obok ruchu głównego, uzyskują wtedy dodatkowe pulsacje poprzeczne o charakterze zupełnie nieuporządkowanym i przypadkowym. Jest to typowy obraz przepływu turbulencyjnego. Występuje przy tym gwałtowny wzrost strat energetycznych.

Doświadczenie Reynoldsa prowadzi do wniosku, że przepływ laminarny przy prędkości krytycznej staje się nietrwała formą ruchu i przechodzi w ruch turbulentny.

Zmieniając średnice D rury oraz prędkości i lepkości wody (poprzez zmianę temperatury) Reynolds strwierdził, że stan krytyczny nastepuje na ogół przy tej samej wartości wyrażenia vD/ʋ, które przedstawiają liczbe Reynoldsa. Jeśli tą wartośc oznaczymy Re_kr , to przepływ laminarny wystepuje dla Re<Re_kr. Zaganienia określenia konkretnych wartości Re_kr komplikuje nieco fakt, iż przejście przepływu lamilarnego w turbulentny nastepuje przy nieco większej liczbie Re niż proces odwrotny, tzn. „uspokojenie” przepływu turbulentnego. W związku z tym rozróżnia się „dolną” (Re_kr^(d)) i „górna”(Re_kr^(g)) wartośc krytyczną liczby Reynoldsa, przy czym tylko pierwsza z nich jest dość wyraźnie określona: Re_kr^(d)=956.

Na wartośc górnej liczby krytycznej wpływa wiele czynników ubocznych, jak ukształtowanie wlotu do rury, wstępna turbulencja cieczy, gładkośc powierzchni rury, drgania zbiornika i rury itd. Przyjmuje się dla rur gładkich, okrągłych Re_kr^{(g )} ≈2000 z tym, że zdecydowanieturbulentny charakter przepływu występuje dopiero dla Re>4000.

Rozpiętość obserwowanych wartości Re_kr^(g) jest z reszta bardzo duża. Stosując specjalne środki ostrożności, których celem jest wyeliminowanie ewentualnych źródeł turbulencji, można opóźnić przejście ruchu laminarnego w turbulentny. W warunkach laboratoryjnych udało się zrealizować przepływ laminarny nawet przy Re≈50000.