Reynolds-Zahlenregime
Laminare Strömung. Aus praktischen Gründen ist die Strömung laminar , wenn die Reynolds-Zahl weniger als 2000 beträgt. Die akzeptierte Reynolds-Übergangszahl für die Strömung in einem kreisförmigen Rohr ist Re d, krit = 2300.
Übergangsfluss. Bei Reynolds-Zahlen zwischen etwa 2000 und 4000 ist die Strömung infolge des Einsetzens von Turbulenzen instabil. Diese Flüsse werden manchmal als Übergangsflüsse bezeichnet.
Turbulente Strömung. Wenn die Reynoldszahl größer als 3500 ist , ist die Strömung turbulent. Die meisten Fluidsysteme in kerntechnischen Anlagen arbeiten mit turbulenter Strömung.
Definition der Reynoldszahl
Die Reynolds-Zahl ist das Verhältnis von Trägheitskräften zu viskosen Kräften und ein geeigneter Parameter zur Vorhersage, ob ein Strömungszustand laminar oder turbulent sein wird . Es kann interpretiert werden, dass wenn die viskosen Kräfte dominieren (langsamer Fluss, niedrige Re), sie ausreichen, um alle Flüssigkeitsteilchen in einer Linie zu halten, der Fluss laminar ist. Selbst ein sehr niedriges Re zeigt eine viskose Kriechbewegung an, bei der Trägheitseffekte vernachlässigbar sind. Wenn die Trägheitskräfte die viskosen Kräfte dominieren (wenn das Fluid schneller fließt und Re größer ist), ist die Strömung turbulent.
Es ist eine dimensionslose Zahl, die sich aus den physikalischen Eigenschaften der Strömung zusammensetzt. Eine zunehmende Reynolds-Zahl zeigt eine zunehmende Strömungsturbulenz an.
wobei:
V die Strömungsgeschwindigkeit ist,
D eine charakteristische lineare Abmessung ist (zurückgelegte Länge des Fluids; hydraulischer Durchmesser usw.)
ρ Fluiddichte (kg / m 3 ),
μ dynamische Viskosität (Pa.s),
ν kinematische Viskosität ( m 2 / s); ν = μ / ρ.
Laminare vs. turbulente Strömung
Laminare Strömung:
- Re <2000
- “niedrige” Geschwindigkeit
- Flüssigkeitsteilchen bewegen sich in geraden Linien
- Wasserschichten fließen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten praktisch ohne Vermischung zwischen den Schichten übereinander.
- Das Strömungsgeschwindigkeitsprofil für laminare Strömung in kreisförmigen Rohren ist parabolisch geformt, mit einer maximalen Strömung in der Rohrmitte und einer minimalen Strömung an den Rohrwänden.
- Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit beträgt ungefähr die Hälfte der Maximalgeschwindigkeit.
- Eine einfache mathematische Analyse ist möglich.
- Selten in der Praxis in Wassersystemen .
Turbulente Strömung:
- Re> 4000
- ‘hohe Geschwindigkeit
- Die Strömung ist durch die unregelmäßige Bewegung von Flüssigkeitsteilchen gekennzeichnet.
- Die durchschnittliche Bewegung erfolgt in Strömungsrichtung
- Das Strömungsgeschwindigkeitsprofil für turbulente Strömungen ist über den Mittelabschnitt eines Rohrs ziemlich flach und fällt extrem nahe an den Wänden schnell ab.
- Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit entspricht ungefähr der Geschwindigkeit in der Rohrmitte.
- Die mathematische Analyse ist sehr schwierig.
- Häufigste Art der Strömung .
Reynoldszahl und turbulente Strömung
Die Konfiguration der internen Strömung (z. B. Strömung in einem Rohr) ist eine geeignete Geometrie für Heiz- und Kühlflüssigkeiten, die in Energieumwandlungstechnologien wie Kernkraftwerken verwendet werden .
Im Allgemeinen ist dieses Strömungsregime in der Technik von Bedeutung, da kreisförmige Rohre hohen Drücken standhalten können und daher zum Fördern von Flüssigkeiten verwendet werden. Nicht kreisförmige Kanäle werden zum Transport von Niederdruckgasen wie Luft in Kühl- und Heizsystemen verwendet.
Für das interne Strömungsregime ist ein Eingangsbereich typisch. In diesem Bereich konvergiert eine nahezu nichtviskose stromaufwärtige Strömung und tritt in das Rohr ein. Zur Charakterisierung dieser Region wird die hydrodynamische Eintrittslänge eingeführt, die ungefähr gleich ist:
Die maximale hydrodynamische Eintrittslänge bei Re D, krit = 2300 ( laminare Strömung ) beträgt L e = 138d, wobei D der Durchmesser des Rohrs ist. Dies ist die längste mögliche Entwicklungslänge. Bei turbulenter Strömung wachsen die Grenzschichten schneller und L e ist relativ kürzer. Für jedes gegebene Problem muss L e / D überprüft werden , um festzustellen , ob L e im Vergleich zur Rohrlänge vernachlässigbar ist. In einem endlichen Abstand vom Eingang können die Eingangseffekte vernachlässigt werden, da die Grenzschichten verschmelzen und der nichtviskose Kern verschwindet. Der Rohrstrom ist dann voll entwickelt .
Hydraulikdurchmesser
Da die charakteristische Abmessung eines kreisförmigen Rohrs ein gewöhnlicher Durchmesser D ist und insbesondere Reaktoren nicht kreisförmige Kanäle enthalten, muss die charakteristische Abmessung verallgemeinert werden.
Für diese Zwecke ist die Reynolds-Zahl definiert als:
wobei D h ist der hydraulische Durchmesser :
Der hydraulische Durchmesser D h ist ein häufig verwendeter Begriff bei der Handhabung des Durchflusses in nicht kreisförmigen Rohren und Kanälen . Der hydraulische Durchmesser wandelt unrunde Kanäle in Rohre mit gleichem Durchmesser um . Mit diesem Begriff kann man viele Dinge auf die gleiche Weise berechnen wie mit einem runden Rohr. In dieser Gleichung ist A die Querschnittsfläche und P ist der benetzte Umfang des Querschnitts. Der benetzte Umfang für einen Kanal ist der Gesamtumfang aller Kanalwände, die mit der Strömung in Kontakt stehen.
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