Reynoldsov broj: veličina i vrijednost

28. 5. 2019.

U ovom članku ćemo pogledati Reynoldsov broj i dati primjere njegovih vrijednosti. Osim toga, raspravljat ćemo o važnosti otkrića znanstvenika za dokaz samoorganizacije u supstancama i, kao rezultat, za početak novog, neklasičnog razdoblja znanosti.

Neprimjetan početak

Reynoldsova vrijednost broja

Znanost se, kao i svi aspekti ljudskog života, razvija u fazama. A početak sljedeće faze evolucije dolazi nezamijećeno. U pravilu, razumijevanje sljedećih paradoksa (i uvijek i svugdje u izobilju), neki običan znanstvenik, na temelju znatiželje ili jednostavnosti, daje definiciju, primjećuje pravilnost i zaključuje formulu. Neko vrijeme svatko koristi ovo otkriće, često ne obraćajući pozornost na njegovu svestranost ili iznenađujuću korisnost. I onda dolazi genij (koji se najčešće ne smatra takvim), izražava nešto revolucionarno, i pojavljuje se dobro poznata činjenica koja potvrđuje nove teorije.

Tako je bilo s kvantom Maxa Plancka: uveo je svoju formulu za jednostavnost. Samo je Einstein shvatio važnost svoje pretpostavke. Tako je bilo s Mendelom, koji je pronašao nasljeđe znakova hibridnih biljaka zanimljivo. Njegov rad je bio u velikoj mjeri kritiziran, sve dok Karl Correns nije dokazao da je pošten. Tako je bilo i kod Reynoldsa: proučavajući tokove vode, uveo je kriterij kojim je određen laminarni tok ispred nas ili turbulentno. Njezinu formulu koristili su znanstvenici koji se bave vodnim turbinama, ne pretpostavljajući koliko je ovaj odnos važan za dokazivanje samoorganizacije tvari.

Biografija Osbornea Reynoldsa

Reynoldsov broj

Spomenuti znanstvenik rođen je u prvoj polovici 19. stoljeća u obitelji svećenika, u Engleskoj, u gradu Belfastu. Od rane dobi volio je mehanizme, pokretne dijelove strojeva, radio u radionici. Diplomirao je na prestižnom Sveučilištu u Cambridgeu, a zatim je predavao na manje pod nazivom Manchester.

Cijeli se život posvetio savjesnom proučavanju različitih fenomena iz područja mehanike, izmjene topline, struje, magnetizma, astrofizike i turbulencije. S posebnom pažnjom Reynolds je pripremao eksperiment: bio je talentirani mehaničar, razmišljajući o svim procesima do najsitnijih detalja, pokušavajući eliminirati parazitske pojave. On je vješto kombinirao majstora svih zanata i promišljenog znanstvenika. Uzeo je sve tajne znanosti koje bi se riješile strpljivim radom i mnogo sati promatranja.

Kao što čitatelj vidi, nema bljeskova, uvida, vapaja: "Pronašao sam ga!" Samo dnevnu rutinu korozivnog znanstvenika. I kao rezultat - puno otkrića, među njima i poznati Reynoldsov broj.

Što se zove reynoldsov broj

Reynoldsov broj za vodu

Voda je kolijevka života na našem planetu. Čak i da se teorija panspermije i složenih organskih molekula ostvarila na kometima, kako to ljudi sada vide, život je počeo u prvim oceanima.

Karakteristike vode nikada ne prestaju zadiviti. A ako sada znanstvenici proučavaju strukturu da se ovaj fluid stvara pod ekstremnim pritiskom i temperaturom, u devetnaestom stoljeću pitali su se kako to teče. Posebno, ono što razlikuje laminarni tok od turbulentnog.

Reynoldsov broj je bezdimenzijska veličina koja određuje koliko viskoznost tekućine sposobni su spriječiti pravocrtno kretanje svojih čestica pri danoj brzini. U toku, svaka čestica nastoji se kretati naprijed, po mogućnosti na najkraći mogući način. Međutim, sve molekule tekućine su povezane i ne mogu postojati izolirano jedna od druge. Čvrstoća ovog spoja također određuje viskoznost. Što je viša, teže tekućina dobiva nove oblike i odustaje od svojih molekula. Voda teče lako, med - teže. Bitumni imaju najveću viskoznost. Thomas Parnell sa Sveučilišta u Queenslandu natočio je svoju sortu - smolu - u lijevak. Prvi pad je pao osam godina kasnije.

Dakle, viskoznost ometa kretanje čestica tekućine duž najkraćeg puta. Prema tome, ovisno o brzini protoka, čestice se kreću manje ili više ravno (laminarno) ili, prevladavajući otpornost cijelog volumena tekućine, počinju nasumično miješati, stvarajući mini-vrtloge (to se zove turbulencija). Reynoldsov broj ima druge definicije.

Ostale definicije Reynoldsova broja

Reynoldsov broj

U matematičkom smislu, to znači omjer nelinearnih i disipativnih pojmova u Navier - Stokesovoj jednadžbi, koja opisuje širenje vala konačne amplitude u mediju.

Također, Reynoldsov broj određuje odnos između kinetička energija gubitak tekućine i energije po jedinici duljine (zbog unutarnjeg trenja). Formula za ovaj pokazatelj je:

Re = ρvD g / η = vD g / μ = QD g / μA (Re je Reynoldsov broj, ρ je gustoća tekućine, D g je hidraulički promjer, v je karakteristična brzina, η je dinamička viskoznost tekućine, μ je kinematička viskoznost tekućine, Q - volumni protok, A - područje presjeka cijevi).

U akustici, formula je drugačija:

Re a = ρvC 0 / ωb (C 0 - brzina zvuka u ovom fluidu, ω je kružna frekvencija, b je parametar disipacije).

Za Reynoldsov broj, ovisno o tvari koja tvori tok, hrapavost i oblik dijela cijevi, postoji određeni kritični pokazatelj. To također ovisi o tome postoji li protok bez prepreka ili tekućina teče oko nečega (na primjer, metalna kugla).

Osim toga, vrijednost Reynoldsovog broja pokazuje da je protok još uvijek laminarni ili već turbulentan. Postoji i neko srednje stanje protoka, kada se više ne može nazvati uniformnim. Ali u isto vrijeme, još uvijek ne zadovoljava zahtjeve turbulencije. Reynoldsov broj za vodu u idealnoj cijevi je 2100.

Vrijednost za znanost određivanja broja Reynoldsa

Već smo spomenuli da nova razdoblja znanosti počinju relativno nezamijećena. Isto tako, čitatelj je, zasigurno, već pretpostavio da ovdje vrijednost koja je povezana s vrlo specifičnim područjem - protokom tekućina - ovdje nije samo opisana. Počnimo priču iz daljine.

Ilya Prigogine

Reynolds je umro 1912. Pet godina kasnije, Ilya Romanovich Prigogine rođen je u Moskvi, a deset godina kasnije u Njemačkoj - Hermann Haken. Sredinom dvadesetog stoljeća ta su dva čovjeka proglasila novo razdoblje znanosti, nazvano "post-ne-klasično". Nastavlja se sada. Temelji se na relativno novoj disciplini - sinergiji.

Synergetics

Ova znanost ne dijeli biologiju, kemiju, fiziku i geologiju. Svi ovi dijelovi su zanimljivi sinergetici jer istražuju otvorene neravnotežne sustave koji su sposobni samoorganizirati se. Nigdje pronaći izravnu studiju pojava. Svaka znanost gradi modele, ali većina njih je statična. Savršen vakuum apsolutna nula u udžbenicima. Ali u stvarnosti takvi su uvjeti nedostižni. Bilo koja dva susjedna sustava razmjenjuju masu ili energiju, tako da se svi procesi odvijaju u uvjetima prije ravnoteže.

Samoorganiziranje

samoorganiziranje

A kada neki volumetrijski objekt (na primjer, voda u tavi), koji se sastoji od vrlo velikog broja elemenata, prima energiju izvana (zagrijava se), tada se u nekom trenutku njezino ponašanje mijenja.

U školi smo uvijek govorili da je ključanje kaotičan proces, molekule se više ne slažu u koherentni sustav tekućina i počinju se kretati u različitim smjerovima na nekonzistentan način. Međutim, to nije posve točno. Ako postoji vrlo veliki broj elemenata, ako se jedan atom „podigne“ prema gore, postoji mogućnost da će se nekoliko desetaka susjednih atoma kretati prema gore u isto vrijeme. Tako će neko vrijeme postojati skupina vode u kojoj će se čestice ponašati na isti način.

To je suština samoorganizacije: u neravnotežnom sustavu mnogih komponenti neki od njih počinju se ponašati na isti način u malim područjima vremena i prostora.

Turbulencija i samoorganizacija

Ideja samoorganizacije, kako to vidi čitatelj, vrlo je jednostavna. Dokaz koherentnog ponašanja mnogo je složeniji. Izvanredan ruski znanstvenik Klimontovič, slijedeći paradigmu sinergetike, izveden je: za prijelaz bilo kojeg sustava iz kaosa u samoorganizaciju odgovara jedan parametar. Kada prelazi određenu kritičnu vrijednost, razina težine se povećava. Isti je znanstvenik prvi put u svijetu dokazao da je za turbulentno gibanje tekućine taj kriterij Reynoldsov broj. Tako se pokazatelj koji se koristi gotovo pedeset godina pokazao ključnim za otkrivanje novog razdoblja u znanosti.