Qu’est-ce que le nombre de Reynolds pour l’écoulement de tuyaux – Définition

Nombre de Reynolds pour l’écoulement de tuyau. Le flux de tubes est important dans l’industrie. Les tuyaux circulaires peuvent supporter des pressions élevées et sont donc utilisés pour transporter des liquides. Génie thermique

Régimes de nombre de Reynolds

Écoulement laminaire. Pour des raisons pratiques, si le nombre de Reynolds est inférieur à 2000 , le flux est laminaire. Le nombre de Reynolds de transition accepté pour l’écoulement dans un tuyau circulaire est Re d, crit = 2300.

Flux de transition. Aux nombres de Reynolds entre environ 2000 et 4000, le débit est instable en raison du début de la turbulence. Ces flux sont parfois appelés flux de transition.

Écoulement turbulent. Si le nombre de Reynolds est supérieur à 3500 , l’écoulement est turbulent. La plupart des systèmes de fluides dans les installations nucléaires fonctionnent avec un écoulement turbulent.

Définition du nombre de Reynolds

Le nombre de Reynolds est le rapport des forces d’ inertie aux forces visqueuses et est un paramètre commode pour prédire si une condition d’écoulement sera laminaire ou turbulent . On peut interpréter que lorsque les forces visqueuses sont dominantes (flux lent, Re faible) elles sont suffisantes pour maintenir toutes les particules de fluide en ligne, alors le flux est laminaire. Même un très faible Re indique un mouvement de fluage visqueux, où les effets d’inertie sont négligeables. Lorsque les forces d’inertie dominent sur les forces visqueuses (lorsque le fluide s’écoule plus rapidement et que Re est plus grand), l’écoulement est turbulent.

Le numéro de Reynold

Il s’agit d’un nombre sans dimension comprenant les caractéristiques physiques de l’écoulement. Un nombre de Reynolds croissant indique une turbulence croissante de l’écoulement.

Il est défini comme:
Le numéro de Reynold

où:
V est la vitesse d’écoulement,
D est une dimension linéaire caractéristique , (longueur parcourue du fluide; diamètre hydraulique, etc.)
ρ densité du fluide (kg / m 3 ),
μ viscosité dynamique (Pa.s),
ν viscosité cinématique ( m 2 / s); ν = μ / ρ.

régime d'écoulement

Débit laminaire ou turbulent

Écoulement laminaire:

  • Re <2000
  • vitesse «faible»
  • Les particules fluides se déplacent en ligne droite
  • Les couches d’eau s’écoulent les unes sur les autres à différentes vitesses sans pratiquement aucun mélange entre les couches.
  • Le profil de vitesse d’écoulement pour un flux laminaire dans des tuyaux circulaires est de forme parabolique, avec un débit maximal au centre du tuyau et un débit minimal au niveau des parois des tuyaux.
  • La vitesse d’écoulement moyenne correspond à environ la moitié de la vitesse maximale.
  • Une analyse mathématique simple est possible.
  • Rare en pratique dans les systèmes d’eau .

Écoulement turbulent:

  • Re> 4000
  • ‘vitesse élevée
  • L’écoulement est caractérisé par le mouvement irrégulier des particules du fluide.
  • Le mouvement moyen est dans le sens de l’écoulement
  • Le profil de vitesse d’écoulement pour un écoulement turbulent est assez plat sur la section centrale d’un tuyau et tombe rapidement extrêmement près des parois.
  • La vitesse d’écoulement moyenne est approximativement égale à la vitesse au centre du tuyau.
  • L’analyse mathématique est très difficile.
  • Type d’écoulement le plus courant .

Nombre de Reynolds et débit de tuyau

Flux interne
Source: White Frank M., Fluid Mechanics, McGraw-Hill Education, 7e édition, février 2010, ISBN: 978-0077422417

La configuration de l’ écoulement interne (par exemple, l’écoulement dans une conduite) est une géométrie pratique pour les fluides de chauffage et de refroidissement utilisés dans les technologies de conversion d’énergie telles que les centrales nucléaires .

En général, ce régime d’écoulement est important en ingénierie, car les tuyaux circulaires peuvent résister à des pressions élevées et sont donc utilisés pour transporter des liquides. Les conduits non circulaires sont utilisés pour transporter des gaz à basse pression, tels que l’air dans les systèmes de refroidissement et de chauffage.

Pour le régime d’écoulement interne, une région d’entrée est typique. Dans cette région, un flux amont presque non visqueux converge et pénètre dans le tube. Pour caractériser cette région, la longueur d’entrée hydrodynamique est introduite et est approximativement égale à:

longueur d'entrée hydrodynamique

La longueur d’entrée hydrodynamique maximale, à Re D, crit  = 2300 ( flux laminaire ), est L e = 138d, où D est le diamètre du tuyau. Il s’agit de la plus longue durée de développement possible. Dans un écoulement turbulent , les couches limites croissent plus rapidement et L e  est relativement plus courte. Pour tout problème donné, e  / D doit être vérifié pour voir si L e  est négligeable par rapport à la longueur du tuyau. À une distance finie de l’entrée, les effets d’entrée peuvent être négligés, car les couches limites fusionnent et le noyau non visqueux disparaît. L’écoulement du tube est alors complètement développé .

Diamètre hydraulique

La dimension caractéristique d’une conduite circulaire étant un diamètre ordinaire D et notamment les réacteurs contenant des canaux non circulaires, la dimension caractéristique doit être généralisée.

À ces fins, le nombre de Reynolds est défini comme:

Nombre de Reynolds - diamètre hydraulique

où D h est le diamètre hydraulique :

Diamètre hydraulique - équation

Diamètre hydrauliqueLe diamètre hydraulique, D h , est un terme couramment utilisé pour gérer le débit dans des tubes et canaux non circulaires . Le diamètre hydraulique transforme les conduits non circulaires en tuyaux de diamètre équivalent . En utilisant ce terme, on peut calculer beaucoup de choses de la même manière que pour un tube rond. Dans cette équation, A est l’ aire de la section transversale et P est le périmètre mouillé de la section transversale. Le périmètre mouillé d’un canal est le périmètre total de toutes les parois du canal qui sont en contact avec le flux.

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