1. 레이놀즈 수 (Reynolds Number, Re)
ㅇ 유동(유체 흐름)이 층류인지 난류인지 판단하는 무차원 척도
- 유체역학적으로 유동의 유사점을 설명하는 수(파라미터)
ㅇ 유동의 관성력(대류와 관련됨)이 점성력에 비해 얼마나 큰가를 비율로써 나타냄
- (아래 2.항 참조)
※ 1980년대 Osborne Reynolds(1842~1912)에 의해 수행된 실험의 결과로써 정립됨
- 유리관 내를 흐르는 유동에 염료를 주입함으로써, 유동 영역 확인
2. 레이놀즈 수의 표현식
[# Re = \frac{\small{관성력}}{\small{점성력}} = \frac{\small{추진력}}{\small{저항력}}
= \frac{ρvL}{μ} = \frac{vL}{ν} #]
ㅇ (항목별 설명)
- {#Re#} : 레이놀즈 수 (차원 없는 크기)
. 관성력과 점성력의 상대적 크기를 비율로써 나타내는 무차원수
. 온도와는 무관
- {#ρ#} : 유체의 밀도 (kg/m³)
- {#v#} : 평균 유동 속도 (m/s)
. 파이프, 덕트, 개수로(flow channel) 등 유로 단면을 지나는 속도 분포의 평균값
.. 유체역학 상의 평균 유속은 단순히 임의의 점에서 측정한 속도가 아니라,
.. 유량 보존을 고려한 단면 평균임
.. 즉, 단면적을 통한 실제 유량을 균일 속도로 가정할 때의 등가 속도
. 통상, 파이프 유동 단면에서 유량의 속도 분포에 대한 적분에 의해 구해짐
- {#L#} : 평균 유동의 기하학적 특성 길이 (m)
. 흐름 형상을 대표하는 (관찰된) 길이 척도
. (例: 원관의 직경, 구의 직경, 평판의 길이 등)
- {#μ#} : 점성 계수 (Pa sec)
. 유체의 동적(절대) 점성 계수 (Dynamic Viscosity)
- {#ν = μ/ρ#} : 동 점성 계수 (m²/s)
. `점성 확산 계수`, `운동량 확산 계수`로써의 의미를 가짐 (Kinematic Viscosity)
3. 임계 레이놀즈 수, Recrit : (층류,천이,난류의 구분)
ㅇ 유동의 레이놀즈수가 낮다면 (레이놀즈 수 < 약 2000), => 층류 (Laminar Flow)
- 유체 입자들이 평행한 층을 이루며 질서 있게 흐름 (유체 층 간 입자 혼합이 적음)
- 점성력이 지배적
ㅇ (레이놀즈 수 약 2000~4000), => 천이 영역 (Transition Region)
- 층류에서 난류로 전환되는 불안정한 구간
ㅇ 유동의 레이놀즈수가 높다면 (레이놀즈 수 > 약 4000), => 난류 (Turbulent Flow)
- 유체 흐름이 불규칙하고, 와류(Vortex),소용돌이가 형성됨 (유체 층 간 입자의 맹렬한 혼합)
. 유체 입자들 간의 운동량 전달을 높힘 (파이프 벽면과의 마찰력을 크게 함)
- 점성력 보다 관성력이 지배적