Qu’est-ce qu’un nombre caractéristique – Définition

Les nombres caractéristiques sont des nombres sans dimension utilisés pour décrire un caractère de l’écoulement ou pour décrire un caractère de transfert de chaleur. Nombres caractéristiques

Nombres caractéristiques

Dans la dynamique des fluides et le transfert de chaleur , les nombres caractéristiques sont des nombres sans dimension utilisés pour décrire un caractère de l’écoulement ou pour décrire un caractère de transfert de chaleur. Des nombres caractéristiques peuvent être utilisés pour comparer une situation réelle (par exemple, le flux d’air autour d’un aérodynamique et le flux d’eau dans un tuyau) avec un modèle réduit . Il est nécessaire de garder les mêmes caractéristiques importantes. Les noms de ces numéros ont été normalisés dans l’ ISO 31-12 , qui donne le nom, le symbole et la définition de 25 numéros caractéristiques choisis utilisés pour la description des phénomènes de transport.

Le numéro de Reynold

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, faible Re ), elles sont suffisantes pour maintenir toutes les particules de fluide en ligne, le flux est alors laminaire. Même très faible, Re indique un mouvement de fluage visqueux, où les effets d’inertie sont négligeables. Lorsque les  forces d’inertie dominent  les forces visqueuses (lorsque le fluide s’écoule plus rapidement et que Re est plus grand), le flux est turbulent.

Le numéro de Reynold

C’est un nombre sans dimension  composé des caractéristiques physiques du flux. Un nombre de Reynolds croissant indique une turbulence croissante du débit.

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.

Numéro Prandtl

Le nombre de Prandtl est un nombre sans dimension, du nom de son inventeur, un ingénieur allemand Ludwig Prandtl , qui a également identifié la couche limite . Le nombre de Prandtl est défini comme le rapport de la diffusivité de la quantité de mouvement à la diffusivité thermique . La diffusivité de la quantité de mouvement , ou, comme on l’appelle normalement, la viscosité cinématique, nous indique la résistance du matériau aux écoulements de cisaillement (différentes couches du flux se déplacent avec des vitesses différentes en raison, par exemple, de vitesses différentes des murs adjacents) par rapport à la densité. Autrement dit, le numéro de Prandtl est donné comme suit:

Numéro Prandtl

où:

ν est la diffusivité de la quantité de mouvement (viscosité cinématique) [m 2 / s]

α est la diffusivité thermique [m 2 / s]

μ est la viscosité dynamique [Ns / m 2 ]

k est la conductivité thermique [W / mK]

p est la chaleur spécifique [J / kg.K]

ρ est la densité [kg / m 3 ]

De petites valeurs du nombre de Prandtl , Pr <<1 , signifient que la diffusivité thermique domine. Alors qu’avec des valeurs élevées, Pr >> 1 , la diffusivité de l’impulsion domine le comportement. Par exemple, la valeur typique du mercure liquide, qui est d’environ 0,025, indique que la conduction thermique est plus importante par rapport à la convection , donc la diffusivité thermique est dominante. Lorsque Pr est petit, cela signifie que la chaleur se diffuse rapidement par rapport à la vitesse.

Par rapport au nombre de Reynolds , le nombre de Prandtl ne dépend pas de la géométrie d’un objet impliqué dans le problème, mais dépend uniquement du fluide et de l’état du fluide. En tant que tel, le nombre de Prandtl se trouve souvent dans les tableaux de propriétés aux côtés d’autres propriétés telles que la viscosité et la conductivité thermique.

Voir aussi: Numéro Prandtl

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