Verwenden Sie die Reynolds-Nummer für den Rohrfluss, um festzustellen, ob es sich um laminare Strömung oder turbulente Strömung handelt
Einführung
Für Rohrflussanwendungen ist es oft wichtig festzustellen, ob eine gegebene Strömungsbedingung laminare Strömung oder turbulente Strömung ist. Unterschiedliche Gleichungen oder Analysemethoden gelten häufig für laminare Strömung und turbulente Strömungsbedingungen.
Die Konzepte der turbulenten und laminaren Strömung sind im Diagramm im nächsten Abschnitt dargestellt., Laminare Strömung (auch Streamline Flow oder viskose Strömung genannt) tritt bei niedriger Reynoldszahl auf, bei relativ langsamer Strömungsgeschwindigkeit und hoher Viskosität ist sie durch alle Fluidgeschwindigkeitsvektoren gekennzeichnet, die in Strömungsrichtung angeordnet sind. Turbulente Strömung hingegen tritt bei hoher Reynoldszahl, mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit und niedriger Viskosität auf. Es hat Punktgeschwindigkeitsvektoren in alle Richtungen, obwohl der Gesamtfluss in einer Richtung entlang der Achse des Rohrs ist.
Der praktische Transport von Wasser oder Luft in einem Rohr oder einer anderen geschlossenen Leitung ist typischerweise turbulente Strömung., In ähnlicher Weise wird der Rohrstrom anderer Gase oder Flüssigkeiten mit wasserähnlicher Viskosität normalerweise in Leitungen unter turbulenten Strömungsbedingungen transportiert. Laminare Strömung wird oft mit Flüssigkeiten mit hoher Viskosität, wie Schmieröle vorhanden sein.
Die Reynoldszahl
Typisches Kriterium, ob der Rohrstrom laminar oder turbulent ist, ist der Wert der Reynoldszahl., Die Reynoldszahl für den Rohrstrom ist definiert als Re = DVp / μ, wobei D der Rohrdurchmesser, V die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit im Rohr, ρ die Dichte des fließenden Fluids und μ die dynamische Viskosität des fließenden Fluids ist. Re ist eine dimensionslose Zahl. Jeder konsistente Satz von Einheiten kann für D, V, ρ und μ verwendet werden und führt dazu, dass die Reynoldszahl dimensionslos ist. Die allgemein anerkannten Kriterien für laminare Strömung und turbulente Strömung in Bezug auf Re sind wie folgt:
Für Re < 2100 ist es laminare Strömung.,
Für Re > 4000 ist es turbulente Strömung.
Für 2100 < Re < 4000 befindet sich der Flow im Übergangsbereich.
Bei Strömung im Übergangsbereich kann die Strömung je nach Art des Rohreingangs und der Rohrwandrauheit entweder laminar oder turbulent sein.
Nicht kreisförmige Leitungen-Hydraulischer Radius
Beispielberechnungen
Betrachten Sie den Rohrfluss von 1,2 cfs Wasser bei 50oF durch ein Rohr mit 4″ Durchmesser. Was ist die Reynolds-Zahl für diesen Fluss?, Ist es laminare Strömung oder turbulente Strömung?
Lösung: Es werden Werte für die Dichte und Viskosität von Wasser bei 50oF benötigt. Solche Werte sind in Lehrbüchern zur Strömungsmechanik oder Thermodynamik, in Handbüchern und im Internet verfügbar.
Die für dieses Problem erforderlichen Werte sind: ρ = 1,94 Schnecken / ft3 und μ = 2,73 x 10-5 lb-sec / ft2.
Die Strömungsgeschwindigkeit, V, kann aus V = Q/A = Q/(nD2/4) = 1,2/ = 1,34 ft/sec berechnet werden.
Das Ersetzen von Werten in Re = DVp / μ ergibt Re = (1/3)(1.34)(1.94)/2.73 x 10-5, oder Re = 3.17 x 104.,
Dieser Wert der Reynolds-Zahl ist größer als 4000, also ist dies turbulente Strömung.
Dieser Beitrag ist Teil der Serie: Rohrdurchflussberechnungen
Zu den Rohrdurchflussberechnungen gehört die Verwendung der Reynolds-Zahl, um festzustellen, ob der Durchfluss laminar oder turbulent ist. Reibungskopfverlust kann unter Verwendung der Darcy Weisbach-Gleichung und des Reibungsfaktors gefunden werden. Die Eingangslänge für voll entwickelte Strömung kann für turbulente Strömung und für laminare Strömung gefunden werden.,
- Rohrdurchflussberechnungen 1: die Eingangslänge für voll entwickelte Strömung
- Rohrdurchflussberechnungen 2: Reynolds-Zahl und Laminar & Turbulente Strömung
- Rohrdurchflussberechnungen 3: Der Reibungsfaktor & Reibungskopfverlust
- Excel-Formeln zur Berechnung von Wasserdurchflussraten für verschiedene Rohrgrößen
- Rohrdurchflussberechnungen/Kopfverlust/Reibungsfaktorberechnungen mit Excel-Tabellenvorlagen