レイノルズ数とは?
レイノルズ数(Re)は流体力学で用いられる無次元数で、流れが層流(滑らかな流れ)になるか乱流(乱れた流れ)になるかを予測する指標です。動いている流体において、慣性力と粘性力の比を表します。配管・航空機・ポンプ・熱交換器など、流体の挙動が重要となるあらゆる装置の設計で、技術者が幅広く活用しています。
この計算機の使い方
次の4つの値を入力してください。流体の密度 \(\rho\)(kg/m³)、流速 \(v\)(m/s)、代表長さ \(L\)(m)— 管内流れであれば通常は配管の内径 — そして動粘度(粘性係数)\(\mu\)(Pa·s)です。入力するとレイノルズ数が算出され、流れの状態(流域)が自動的に判定されます。
計算式の解説
レイノルズ数は次の式で求められます。
$$Re = \frac{\text{Density } \rho \cdot \text{Velocity } v \cdot \text{Length } L}{\text{Viscosity } \mu}$$\(Re\) が大きいほど慣性力が支配的(乱流)になり、\(Re\) が小さいほど粘性力が支配的(層流)になります。円管内の流れでは、一般に次の値が目安とされています。\(Re < 2300\) で層流、2300〜4000 で遷移流、\(Re > 4000\) で乱流です。
計算例
水(\(\rho = 1000\) kg/m³、\(\mu = 0.001\) Pa·s)が、内径 \(L = 0.05\) m の配管を \(v = 2\) m/s で流れているとします。このとき
$$Re = \frac{1000 \times 2 \times 0.05}{0.001} = \frac{100}{0.001} = 100{,}000$$となります。4000 を大きく上回っているため、この流れは乱流です。
よくある質問
レイノルズ数に単位はありますか? ありません。SI単位を一貫して使えば、すべての単位が打ち消し合い、純粋な無次元数になります。
代表長さには何を使えばよいですか? 対象の形状に応じた代表長さを使います。管内流れなら配管の内径、翼であれば翼弦長、平板上の流れであれば板の長さを用います。
動粘度(運動粘性係数)でも計算できますか? できます。\(\nu = \mu/\rho\) の関係があるため、\(v \cdot L\) を動粘度 \(\nu\)(m²/s)で割れば求められます。