배관 유동의 레이놀즈 수를 계산하고 층류·전이·난류 흐름 유형을 판별합니다. 물, 공기, 오일 지원.
레이놀즈 수는 배관, 유로, 또는 물체 주위의 흐름이 층류, 천이, 난류 중 어느 영역에 있는지를 알려주며, 배관 사양 결정, 열교환기 설계, 마찰 손실 해석에서 가장 중요한 무차원 지표입니다. 이 계산기는 유속, 대표 길이, 밀도, 동점성 계수로 Re를 계산하고 흐름 영역을 분류하여 이후 올바른 마찰 계수 상관식을 선택할 수 있도록 합니다.
공식은 Re = ρ × v × D / μ이며, ρ는 유체 밀도(kg/m³), v는 평균 유속(m/s), D는 수력 직경(m), μ는 동점성 계수(Pa·s)입니다. 동점성 계수 ν를 이용한 대체 식은 Re = v × D / ν입니다. 원형 배관 내부 흐름의 영역 기준: Re < 2,300 층류, 2,300 ≤ Re ≤ 4,000 천이, Re > 4,000 난류. 천이 구간은 입구 조건, 배관 조도, 진동에 민감하므로, 보수적인 마찰 손실 추정을 위해 Re > 2,300을 난류로 처리하는 것이 일반적입니다. 비원형 유로에는 수력 직경 D_h = 4 × A / P를 사용합니다(A: 단면적, P: 접수 둘레). 레이놀즈 수는 Darcy–Weisbach 방정식에서 Hagen–Poiseuille(층류), Colebrook–White 또는 Swamee–Jain(난류) 마찰 계수 상관식 중 어느 것을 적용할지 결정합니다.
40 °C의 ISO VG 46 오일이 흐르는 흡입 배관을 설계하는 유압 시스템 엔지니어가 25 mm 내경에서 1.5 m/s 조건으로 Re = 1,400을 계산하여 층류 영역임을 확인하고, 난류 상관식 대신 Hagen–Poiseuille 공식으로 압력 강하를 계산합니다.
19 mm 튜브를 통해 3 m/s로 냉각수를 흘리는 공정 엔지니어가 Re = 57,000(난류)을 계산하고, 난류 영역에서만 유효한 Dittus–Boelter Nusselt 상관식을 열전달 계수 산출에 적용합니다.
냉수 배관에서 Re = 3,200을 발견한 배관 설계자가 천이 구간에서의 마찰 계수 예측 불가로 설계를 검토 플래그로 표시하고, 유속 상향 또는 직경 변경으로 천이 구간을 벗어나도록 조정합니다.
층류는 유체가 평행한 층을 이루며 규칙적으로 흐릅니다(Re < 2,300). 난류는 불규칙한 와류와 혼합이 발생합니다(Re > 4,000). 대부분의 산업용 배관 흐름은 높은 유속으로 인해 난류입니다.
마찰 계수는 흐름 영역에 따라 다릅니다. 층류에서는 f = 64/Re이고, 난류에서는 Colebrook 방정식으로 조도와 Re에 의존합니다. 흐름 영역을 잘못 적용하면 압력 강하 계산에 2~5배의 오차가 발생할 수 있습니다.
20 °C 물의 경우 μ ≈ 0.001 Pa·s입니다. 유압유는 데이터 시트에 ISO VG(40 °C 동점성 계수)로 표시되며, 밀도를 곱하면 동점성 계수를 얻을 수 있습니다.
마하 0.3 이하의 압축성 흐름에서는 동일한 공식이 적용됩니다. 마하 0.3을 초과하면 압축성 효과가 추가로 작용하여 Re만으로는 충분하지 않습니다.