パイプの流れにレイノルズ数を使用して、層流か乱流かを調べる
はじめに
パイプの流れのアプリケーションでは、与えられた流れ条件が層流か乱流かを判断できることがしばしば重要です。 異なる方程式または解析方法は、層流および乱流条件に適用されることがよくあります。
乱流および層流の概念は、次のセクションの図に示されています。, 層流（流線流または粘性流とも呼ばれる）は、低レイノルズ数に対して発生し、比較的遅い流速と高粘度で、流れの方向に並んだ流体速度ベクトルのすべてによって特徴付けられる。 一方，乱流は高Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数で起こり，比較的高い流速と低い粘度を有する。 全体の流れはパイプの軸に沿って一方向にありますが、すべての方向にポイント速度ベクトルを持ちます。パイプまたは他の閉じた導管における水または空気の実用的な輸送は、典型的には乱流である。, 同様に、水と同様の粘度を有する他のガスまたは液体のパイプ流は、通常、乱流条件下で導管内で輸送される。 層流は、潤滑油のような高粘度の液体と共にしばしば存在する。
レイノルズ数
パイプの流れが層流または乱流であるかどうかの典型的な基準は、レイノルズ数の値です。, パイプ流のレイノルズ数は、Re=DVp/λとして定義され、ここで、Dはパイプ径、Vはパイプ内の平均流速、λは流れる流体の密度、λは流れる流体の動的粘度で Reは無次元数です。 任意の一貫性のある単位のセットは、D、V、σおよびσに使用することができ、レイノルズ数は無次元であることになります。 Reに関する層流および乱流の一般的に認められている基準は次のとおりである：
Re<2100の場合、それは層流である。,
Re>4000の場合、それは乱流です。
2100<Re<4000の場合、フローは遷移領域にあります。遷移領域内の流れについては、流れは、パイプへの入口の性質およびパイプ壁の粗さに依存して、層流または乱流のいずれかであり得る。
非円形導管-油圧半径
計算例
1.2cfsの水のパイプの流れを考慮してください50″直径のパイプを通る4″。 この流れのレイノルズ数は何ですか？, それは層流または乱流ですか？
解決:50ofの水の密度そして粘着性のための価値は必要です。 その値がいくつか用意されてい流体力学や熱力学の教科書ハンドブックやインターネット
この問題に必要な値は次のとおりです。φ=1.94slugs/ft3およびφ=2.73×10-5lb-sec/ft2。
流速Vは、V=Q/A=Q/（nD2/4）=1.2/=1.34ft/secから計算することができます。
値をRe=DVp/θに代入すると、Re=DVp/θが得られます。= (1/3)(1.34)(1.94)/2.73 x10-5、またはRe=3.17x104。,
このレイノルズ数の値は4000より大きいので、これは乱流です。
この記事はシリーズの一部です：パイプ流れの計算
パイプ流れの計算には、流れが層流または乱流であるかどうかを見つけるためにレイノルズ数を使用することが含まれます。 摩擦ヘッド損失はＤａｒｃｙｗｅｉｓｂａｃｈ方程式と摩擦係数を用いて求めることができる。 完全に発達した流れのための入口の長さは乱流と層流のために見つけることができる。,
- パイプフロー計算1:完全に開発された流れのための入り口の長さ
- パイプフロー計算2:レイノルズ数と層流&乱流
- パイプフロー計算3:摩擦係数&摩擦ヘッド損失
- 異なるパイプサイズの水流量を計算するためのExcelの式
- パイプフロー/excelスプレッドシートテンプレートによるヘッド損失/摩擦係数計算