Trong cơ học chất lưu, số Reynolds là một giá trị không thứ nguyên biểu thị độ lớn tương đối giữa ảnh hưởng gây bởi lực quán tính và lực ma sát trong (tính nhớt) lên dòng chảy. Nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau, từ dòng chảy chất lỏng trong một ống dẫn đến sự di chuyển của không khí qua cánh máy bay. Khái niệm này đã được giới thiệu bởi George Gabriel Stokes vào năm 1851,nhưng số Reynolds đã được đặt tên bởi Arnold Sommerfeld vào năm 1908 sau khi Osborne Reynolds (1842-1912) phổ biến việc sử dụng nó vào năm 1883
1. Số Reynolds là gì?
Số Reynolds (ký hiệu:Re) là một đại lượng vô hướng dùng để mô tả tỉ lệ giữa lực quán tính và lực nhớt trong một dòng chảy chất lỏng hoặc khí.
Nó cho biết chất lỏng chảy “êm” hay “loạn”, hay nói cách khác: dòng chảy tầng (laminar) hay dòng chảy rối (turbulent).
2. Công thức tính Số Reynolds
$${\displaystyle Re={\rho ul \over \mu }={ul \over \nu }}$$
\({\displaystyle \rho }\) là mật độ vật chất của môi trường đang xét (đơn vị kg/\({\displaystyle m^{3}}\))
u là vận tốc đặc trưng của dòng chảy (m/s)
l là quy mô tuyến tính (độ dài) đặc trưng của dòng chảy (m)
μ là độ nhớt động lực học của môi trường
\({\displaystyle \nu }\) là độ nhớt động học của môi trường
3. Ý nghĩa vật lý
Re thấp: Lực nhớt chiếm ưu thế → dòng chảy êm, ổn định, các lớp chất lỏng trượt lên nhau – gọi là dòng chảy tầng (laminar flow).
Re cao: Lực quán tính vượt trội → dòng chảy trở nên hỗn loạn, xoáy, dao động mạnh – gọi là dòng chảy rối (turbulent flow).
4. Ngưỡng phân biệt dòng chảy
| Trường hợp | Giá trị Re đặc trưng | Loại dòng chảy |
|---|---|---|
| Re < 2300 | Nhỏ | Dòng chảy tầng |
| Re > \(10^4\) | Lớn | Dòng chảy rối |
| 2300< Re < \(10^4\) | Chuyển tiếp | Không ổn định, dễ thay đổi |
📌 Lưu ý: Ranh giới này là tương đối – phụ thuộc vào hình học, điều kiện biên, và dao động ban đầu.
5. Ứng dụng
| Lĩnh vực | Ứng dụng của số Reynolds |
|---|---|
| Thiết kế ống dẫn | Xác định loại dòng để tính tổn thất áp lực |
| Môi trường nước | Phân tích dòng chảy trong sông, hồ, bể xử lý |
| Kỹ thuật hóa học | Tính toán khuấy trộn, dòng trong thiết bị phản ứng |
| Hàng không | Dự đoán lực cản khí động học quanh cánh máy bay |
| Xử lý nước thải | Tính toán thời gian lưu và hiệu quả lắng trong bể |