Regimes numéricos de Reynolds
Fluxo laminar. Para fins práticos, se o número de Reynolds for menor que 2000 , o fluxo será laminar. O número de Reynolds de transição aceito para o fluxo em um tubo circular é Re d, crit = 2300.
Fluxo de transição. Nos números de Reynolds entre 2000 e 4000, o fluxo é instável como resultado do início da turbulência. Esses fluxos às vezes são chamados de fluxos de transição.
Fluxo turbulento. Se o número de Reynolds for maior que 3500 , o fluxo será turbulento. A maioria dos sistemas de fluidos em instalações nucleares opera com fluxo turbulento.
Definição do número de Reynolds
O número de Reynolds é a proporção de forças de inércia para as forças viscosas e é um parâmetro conveniente para prever se uma condição de escoamento vai ser laminar ou turbulento . Pode-se interpretar que quando as forças viscosas são dominantes (fluxo lento, Re baixo) são suficientes o suficiente para manter todas as partículas de fluido alinhadas, então o fluxo é laminar. Mesmo Re muito baixo indica movimento de rastejamento viscoso, onde os efeitos de inércia são desprezíveis. Quando as forças inerciais dominam sobre as forças viscosas (quando o fluido está fluindo mais rápido e Re é maior), então o fluxo é turbulento.
É um número sem dimensão composto pelas características físicas do fluxo. Um número crescente de Reynolds indica uma crescente turbulência do fluxo.
É definido como:
em que:
V é a velocidade do fluxo,
D é uma dimensão linear característica (comprimento percorrido do fluido; diâmetro hidráulico etc.)
ρ densidade do fluido (kg / m 3 ),
μ viscosidade dinâmica (Pa.s),
ν viscosidade cinemática ( m 2 / s); ν = μ / ρ.
Fluxo Laminar vs. Turbulento
Fluxo laminar:
- Re <2000
- velocidade ‘baixa’
- Partículas fluidas se movem em linhas retas
- Camadas de água fluem umas sobre as outras em velocidades diferentes, praticamente sem mistura entre as camadas.
- O perfil da velocidade do fluxo para o fluxo laminar em tubos circulares é parabólico, com um fluxo máximo no centro do tubo e um fluxo mínimo nas paredes do tubo.
- A velocidade média do fluxo é aproximadamente metade da velocidade máxima.
- É possível uma análise matemática simples.
- Raro na prática em sistemas de água .
Fluxo turbulento:
- Re> 4000
- ‘alta velocidade
- O fluxo é caracterizado pelo movimento irregular de partículas do fluido.
- O movimento médio está na direção do fluxo
- O perfil de velocidade do fluxo para turbulência é bastante plano através da seção central de um tubo e cai rapidamente extremamente perto das paredes.
- A velocidade média do fluxo é aproximadamente igual à velocidade no centro do tubo.
- A análise matemática é muito difícil.
- Tipo mais comum de fluxo .
Número de Reynolds e fluxo turbulento
A configuração de fluxo interno (por exemplo, fluxo em um tubo) é uma geometria conveniente para fluidos de aquecimento e resfriamento usados em tecnologias de conversão de energia, como usinas nucleares .
Em geral, esse regime de fluxo é importante na engenharia, porque os tubos circulares podem suportar altas pressões e, portanto, são usados para transportar líquidos. Dutos não circulares são usados para transportar gases de baixa pressão, como ar em sistemas de refrigeração e aquecimento.
Para o regime de fluxo interno, uma região de entrada é típica. Nesta região, um fluxo a montante quase inviscido a montante converge e entra no tubo. Para caracterizar esta região, o comprimento da entrada hidrodinâmica é introduzido e é aproximadamente igual a:
O comprimento máximo de entrada hidrodinâmica, em Re D, crit = 2300 ( fluxo laminar ), é L e = 138d, onde D é o diâmetro do tubo. Esse é o maior comprimento de desenvolvimento possível. Em escoamento turbulento , as camadas limite crescer mais rapidamente, e L e é relativamente mais curto. Para qualquer problema, L e / D deve ser verificado para ver se L e é insignificante quando comparado ao comprimento do tubo. A uma distância finita da entrada, os efeitos da entrada podem ser negligenciados, porque as camadas de fronteira se fundem e o núcleo invíscido desaparece. O fluxo do tubo é então totalmente desenvolvido .
Diâmetro hidráulico
Como a dimensão característica de um tubo circular é um diâmetro comum D e, principalmente, os reatores contêm canais não circulares, a dimensão característica deve ser generalizada.
Para esses fins, o número de Reynolds é definido como:
onde D h é o diâmetro hidráulico :
O diâmetro hidráulico, D h , é um termo comumente usado ao manipular o fluxo em tubos e canais não circulares . O diâmetro hidráulico transforma dutos não circulares em tubos de diâmetro equivalente . Usando este termo, pode-se calcular muitas coisas da mesma maneira que para um tubo redondo. Nesta equação, A é a área da seção transversal e P é o perímetro úmido da seção. O perímetro úmido de um canal é o perímetro total de todas as paredes do canal que estão em contato com o fluxo.
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