คำนวณเลขเรย์โนลด์
เลขเรย์โนลด์บอกว่าการไหลในท่อ ช่อง หรือรอบวัตถุเป็นแบบ laminar, transitional หรือ turbulent ซึ่งเป็นกลุ่มไร้หน่วยที่สำคัญที่สุดในการกำหนดขนาดท่อ การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และการวิเคราะห์การสูญเสียแรงเสียดทาน เครื่องคำนวณนี้คำนวณ Re จากความเร็ว ความยาวลักษณะเฉพาะ ความหนาแน่น และความหนืดพลวัต จากนั้นจำแนกรูปแบบการไหลเพื่อใช้เลือกสูตรค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานที่ถูกต้องต่อไป
สูตรคือ Re = ρ × v × D / μ โดยที่ ρ คือความหนาแน่นของไหล (kg/m³), v คือความเร็วเฉลี่ย (m/s), D คือเส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิก (m) และ μ คือความหนืดพลวัต (Pa·s) รูปแบบอื่นใช้ความหนืดจลน์ศาสตร์ ν: Re = v × D / ν สำหรับการไหลภายในท่อ: Re < 2,300 คือ laminar, 2,300 ≤ Re ≤ 4,000 คือ transitional, Re > 4,000 คือ turbulent ช่วงเปลี่ยนผ่านไวต่อสภาพทางเข้า ความขรุขระผิวท่อ และการสั่นสะเทือน นักออกแบบมักถือว่า Re > 2,300 เป็น turbulent เพื่อประมาณการสูญเสียแรงเสียดทานแบบอนุรักษ์นิยม สำหรับท่อที่ไม่ใช่รูปกลม ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางไฮดรอลิก D_h = 4 × A / P โดยที่ A คือพื้นที่หน้าตัดและ P คือเส้นรอบที่เปียก เลขเรย์โนลด์กำหนดว่าจะใช้สูตร Hagen–Poiseuille (laminar), Colebrook–White หรือ Swamee–Jain (turbulent) สำหรับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานในสมการ Darcy–Weisbach
วิศวกรระบบไฮดรอลิกที่กำหนดขนาดท่อดูดสำหรับน้ำมัน ISO VG 46 ที่ 40 °C คำนวณ Re = 1,400 ที่ความเร็ว 1.5 m/s ในท่อขนาด 25 mm ยืนยันรูปแบบ laminar และใช้สูตร Hagen–Poiseuille คำนวณการสูญเสียความดันแทนสูตร turbulent
วิศวกรกระบวนการที่ส่งน้ำหล่อเย็นความเร็ว 3 m/s ผ่านท่อขนาด 19 mm คำนวณ Re = 57,000 (turbulent) และเลือกสมการ Dittus–Boelter Nusselt สำหรับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน ซึ่งใช้ได้เฉพาะในรูปแบบ turbulent เท่านั้น
นักออกแบบท่อที่พบ Re = 3,200 ในท่อน้ำหล่อเย็น ตั้งข้อสังเกตเพื่อทบทวนการออกแบบ เพราะค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานในช่วงเปลี่ยนผ่านไม่แน่นอน การเพิ่มความเร็วหรือขยายเส้นผ่านศูนย์กลางจะทำให้ผลลัพธ์พ้นออกจากช่วงเปลี่ยนผ่านอย่างปลอดภัย
การไหลแบบ laminar เคลื่อนที่เป็นชั้นขนานเรียบ (Re < 2,300) การไหลแบบ turbulent มีกระแสวนและการผสมที่ไม่เป็นระเบียบ (Re > 4,000) การไหลในท่ออุตสาหกรรมส่วนใหญ่เป็นแบบ turbulent เนื่องจากความเร็วที่ใช้งานสูงกว่า
ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับรูปแบบการไหล ในการไหล laminar, f = 64/Re ในการไหล turbulent ขึ้นอยู่กับความขรุขระและ Re ผ่านสมการ Colebrook การใช้รูปแบบผิดอาจทำให้ค่าการสูญเสียความดันคลาดเคลื่อน 2-5 เท่า
สำหรับน้ำที่ 20 °C, μ ≈ 0.001 Pa·s สำหรับน้ำมันไฮดรอลิก ความหนืดระบุเป็น ISO VG (ความหนืดจลน์ศาสตร์ที่ 40 °C) ในแผ่นข้อมูล คูณด้วยความหนาแน่นเพื่อให้ได้ความหนืดพลวัต
ใช้ได้ สูตรเดิมใช้ได้กับการไหลอัดตัวได้จนถึงประมาณ Mach 0.3 เกินกว่านั้น เอฟเฟกต์การอัดตัวเพิ่มเติมจะมีบทบาทและ Re เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพออีกต่อไป