什么是雷诺数？它意味着什么？

来源：百家号科技领航人

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了雷诺数这一科学参数，它用于预测物体在流体中移动时的流动阻力和方式。雷诺数是惯性力与黏性力之间的比率，它决定了流体是呈现层流还是湍流。层流是流体以无限小的平行层运动，路径可预测；湍流则涉及不规则波动和混合，路径不可预测。雷诺数的值决定了流体的流动状态，对于管道和平板上的流量，临界雷诺数有所不同。

科学世界充满了数字。不同的参数用于定义特定的流程或实体，这使信息流变得非常简单。普遍接受的规范和单位，在人类的进步中起着至关重要的作用。在世界各地不同实验室工作的不同科学家团队，可以有效地共享他们的研究成果，因为科学术语在世界各地都具有相同的含义。

图注：O·雷诺

雷诺数是在科学领域中广泛使用的一种这样的参数。雷诺数的概念由乔治·斯托克斯 (George Stokes) 于1851年首次提出，并以O·雷诺 (O.Reynolds) 的名字命名，后者在19世纪后期得以推广。那么，这个特殊的雷诺数是什么？它意味着什么？

图注：水分子试图通过对游泳者的运动施加力（或阻力）来重新获得其初始位置

雷诺数的科学定义指出，它是运动物体上的惯性力与黏性或摩擦力之间的比率。让我们尝试了解这些力量的作用，当您以一定的速度奔跑并尝试停止时，身体需要保持一定的力量，因为它希望继续奔跑。同样，处于静止状态的身体首先需要推动或某种形式的力量才能开始跑步，因为它想要继续处于静止状态。人体避免变化并继续保持其静止或运动状态的这种趋势称为惯性，惯性性质是牛顿提出的，它是物理学中最基本和普遍适用的物理定律之一。

图注：在行驶的车上因惯性力容易摔倒

2. 黏性力

与惯性相比，黏度或黏性力是一个相对较新的概念，是在1829年由法国物理学家让·路易·玛丽·波塞伊耶 (Jean-Louis-MariePoiseuille) 在研究人体血液循环时发现的。它测量流体对变形产生的阻力，当流体运动时，其不同层之间存在摩擦，试图阻止流体的自由运动。该摩擦力是根据粘度来量化的，对于液体，通常被称为“黏度”。当流体运动时，要使其保持运动的惯性力与试图阻止其运动的黏性力之间就存在着持续的斗争，雷诺数只是表明谁在打架中获胜的指标。

图注：不同流体的黏度

如果黏性力占主导，我们有一种称为层流的流动。如果惯性力起主导作用，则流体将变成湍流。雷诺数表明这两种运动中的哪一种将占优势。

3. 层流

层流或平滑流动描述了理想的流动类型，其中流体以无限小的平行层运动，而在这两层之间没有中断。流体以规则的路径平稳地传播，您可以在任何时间点预测特定粒子的位置。这种流动中的流体层被认为彼此滑动，并且黏性力没有发挥作用。考虑，例如黏性流体平滑地流过管子或管道，由于其黏度，流体在与表面接触的边缘处的速度为零，而其速度朝着管子横截面的中心增加，这是层流的完美例子。

图注：机翼上空的气流是层流的绝佳例子

层流的日常示例包括飞机机翼上方的气流，雷诺数和层流之间的关系取决于流体在其上流动的表面上存在的系统的类型。对于管道中的流量，层流通常发生在1800雷诺数以下。对于平板上的流量，该数字升至50万。

4. 湍流

湍流与层流相反。它涉及流体中的不规则波动和混合，这使其路径不可预测。这种排放的特征是，流体速度和压力发生了前所未有的混乱变化。流体颗粒具有过量的动能，这有助于克服表面的黏度。以一个水坝为例：当它的闸门突然打开时，水以随机的顺序涌出，占据了它可以占据的任何空间，这是湍流的一个例子。从这种意义上说，即使潮流看起来平缓，河流和风的流动通常也是湍流的。

图注：大坝放水-湍流

湍流的雷诺数也取决于当前情况下的系统类型。对于管道中的流动，通常在雷诺数大于2100时发生湍流。在这种情况下，1800-2100的范围称为过渡区域，这是一个非常复杂的现象。对于平板上的流动，50万是临界雷诺数，所有超过该数字的流动本质上都是湍流。