什麼是雷諾數?
雷諾數(Reynolds number,Re)是一個無因次量,用來預測流體在管道中的流動會是平順有序的「層流」,還是混亂翻攪的「紊流」。它代表流動流體中慣性力與黏滯力的比值。由於流動型態會直接影響壓力損失、熱傳遞與混合效果,工程師在設計管路、泵浦、熱交換器以及空調(HVAC)系統時,幾乎時時刻刻都會用到它。
如何使用本計算器
請輸入四個數值:流體密度 \(\rho\)(kg/m³)、平均流速 \(v\)(m/s)、管道內徑 \(D\)(m),以及動力黏度 \(\mu\)(Pa·s)。計算器會回傳雷諾數並判別流動型態。以室溫下的水為例,\(\rho \approx 1000\) kg/m³,\(\mu \approx 0.001\) Pa·s。
公式詳解
核心方程式為 $$Re = \frac{\rho \times v \times D}{\mu}$$分子代表慣性動量(流體越重、越快,且管道越粗,就越不易被偏轉),分母則代表黏滯阻尼。對於圓形管道,慣用的流動型態分界為:Re < 2300 為層流,2300–4000 為過渡區,Re > 4000 為紊流。
計算範例
水(\(\rho = 1000\) kg/m³,\(\mu = 0.001\) Pa·s)以 \(v = 2\) m/s 的速度,流經內徑 \(D = 0.05\) m 的管道。則 $$Re = \frac{1000 \times 2 \times 0.05}{0.001} = \frac{100}{0.001} = 100{,}000$$由於 100,000 > 4000,這個流動屬於明確的紊流。
常見問題
為什麼雷諾數沒有單位?\(\rho v D\) 的單位(kg/m³ \(\times\) m/s \(\times\) m)會與 \(\mu\) 的單位(Pa·s = kg/m·s)完全相消,最後只剩下一個純數字。
非圓形管道該用哪個直徑?請改用水力直徑 \(D_h = \frac{4A}{P}\),其中 \(A\) 為截面積,\(P\) 為濕周(與流體接觸的周長)。
可以改用運動黏度嗎?可以。若已知 \(\nu = \frac{\mu}{\rho}\),則使用 \(Re = \frac{vD}{\nu}\),會得到相同的結果。