Reynoldsovo število: magnituda in vrednost

V tem članku bomo pogledali Reynoldsovo število in podali primere njegovih vrednosti. Poleg tega bomo razpravljali o pomembnosti odkritja znanstvenika za dokazovanje samoorganizacije v snoveh in posledično za začetek novega, neklasičnega obdobja znanosti.

Nedokazan začetek

Znanost se, tako kot vsi vidiki človeškega življenja, razvija po fazah. In začetek naslednje stopnje evolucije pride neopaženo. Praviloma, ko razumemo naslednje paradokse (in vedno in povsod obilujemo), nekateri navadni znanstvenik zaradi radovednosti ali zaradi preprostosti poda definicijo, opazi pravilnost in sklepa formulo. Že nekaj časa vsakdo uporablja to odkritje, ne da bi pogosto posvečal pozornost svoji vsestranskosti ali presenetljivi uporabnosti. In potem pride genij (ki se najpogosteje ne šteje za sebe), izraža nekaj revolucionarnega in izhaja dobro znano dejstvo, ki potrjuje nove teorije.

Tako je bilo s kvanti Maxa Plancka: predstavil je svojo formulo za preprostost. Le Einstein je spoznal pomen svoje predpostavke. Tako je bilo z Mendelom, ki je ugotovil, da je dedovanje znakov hibridnih rastlin zanimivo. Njegovo delo je bilo zelo kritizirano, dokler ni Karl Correns dokazal, da je pošten. Tako je bilo tudi z Reynoldsom: s proučevanjem vodnih tokov je uvedel merilo, s katerim je bil določen laminarni tok pred nami ali turbulentno. Njegovo formulo so uporabili znanstveniki, ki se ukvarjajo z vodnimi turbinami, ne da bi predpostavili, kako pomemben je ta odnos za dokazovanje samoorganizacije snovi.

Biografija Osborna Reynoldsa

Omenjeni znanstvenik se je rodil v prvi polovici devetnajstega stoletja v družini duhovnika, v Angliji, v mestu Belfast. Od zelo zgodnjega otroštva je imel rad mehanizme, gibljive dele strojev, delal v delavnici. Diplomiral je na prestižni Univerzi v Cambridgeu, nato pa poučeval na nič manj naslovljenem Manchesteru.

Vse življenje se je posvetil vestnemu proučevanju različnih pojavov s področja mehanike, izmenjave toplote, elektrike, magnetizma, astrofizike in turbulence. S posebno pozornostjo je Reynolds pripravljal eksperiment: kot nadarjen mehanik je skozi vse procese razmišljal do najmanjše podrobnosti in poskušal odpraviti parazitske pojave. Spretno je združil mojstra vseh poklicev in premišljenega znanstvenika. Vzel je vse skrivnosti znanosti, ki jih je mogoče rešiti s pacientom in številnimi urami opazovanja.

Kot vidi bralec, ni utripov, vpogledov, krikov: »Našel sem ga!« Samo dnevna rutina jedkega znanstvenika. In kot rezultat - veliko odkritij, med njimi slavni Reynoldsovo število.

Kar se imenuje reynoldsovo število

Voda je zibelka življenja na našem planetu. Tudi če bi se teorija pantpermije in kompleksnih organskih molekul uresničila na kometih, kot ga ljudje zdaj vidijo, se je življenje začelo v prvih oceanih.

Lastnosti vode nikoli ne prenehajo presenetiti. In če zdaj znanstveniki preučujejo strukturo, da se ta tekočina oblikuje pod ekstremnim pritiskom in temperaturo, so se v devetnajstem stoletju spraševali, kako teče. Še posebej, kar loči laminarni tok od turbulentnega.

Reynoldsovo število je brezrazsežna količina, ki določa, koliko viskoznost tekočine zmožen je preprečiti pravokotno gibanje svojih delcev pri dani hitrosti. V pretoku se vsak delec giblje naprej, po možnosti na najkrajši možni način. Vendar so vse molekule tekočine povezane in ne morejo obstajati ločeno druga od druge. Moč te povezave določa tudi viskoznost. Višja kot je, težje je tekočina prevzeti nove oblike in se odreči svojim molekulam. Voda teče enostavno, med - težje. Bitumni imajo najvišjo viskoznost. Thomas Parnell z Univerze v Queenslandu je svojo vrsto - smola - nalil v lijak. Prva kapljica je padla osem let kasneje.

Torej, viskoznost ovira gibanje delcev tekočine po najkrajši poti. V skladu s tem se, odvisno od hitrosti pretoka, delci premikajo bolj ali manj naravnost (laminarno) ali pa premagajo upor celotnega volumna tekočine in začnejo naključno mešati in ustvarjati mini vrtine (to se imenuje turbulenca). Reynoldsovo število ima druge definicije.

Druge definicije Reynoldsovega števila

V matematičnem smislu pomeni razmerje med nelinearnimi in disipativnimi izrazi v Navier - Stokesovi enačbi, ki opisuje širjenje končnega amplitudnega vala v mediju.

Tudi Reynoldsovo število določa razmerje med kinetična energija izgube tekočine in energije na enoto dolžine (zaradi notranjega trenja). Formula za ta kazalnik je:

Re = ρvD _g / η = vD _g / μ = QD _g / μA (Re je Reynoldsovo število, ρ je gostota tekočine, D _g je hidravlični premer, v je značilna hitrost, η je dinamična viskoznost tekočine, μ je kinematična viskoznost tekočine, Q - volumski pretok, A - območje odseka cevi).

V akustiki je formula drugačna:

Re _a = ρvC ₀ / ωb (C ₀ - hitrost zvoka v tej tekočini je ω krožna frekvenca, b je parameter disipacije).

Za Reynoldsovo število, odvisno od snovi, ki tvori tok, hrapavost in obliko cevi, obstaja določen kritični indikator. Odvisno je tudi od tega, ali obstaja tok brez ovir ali pa tekočina teče okoli (npr. Kovinska krogla).

Poleg tega vrednost Reynoldsovega števila kaže, da je tok še vedno laminarni ali že turbulenten. Obstaja tudi nekaj vmesnega stanja toka, ko ga ni več mogoče imenovati enotnega. Hkrati pa še vedno ne izpolnjuje zahtev turbulence. To Reynoldsovo število za vodo v idealni cevi je 2100.

Vrednost za znanost, da določi število Reynoldsa

Zgoraj smo že omenili, da se nova obdobja znanosti začnejo relativno neopazno. Tudi bralec je zagotovo že uganil, da tukaj ni samo opisana vrednost, povezana z zelo specifičnim področjem - pretokom tekočin. Začnimo zgodbo od daleč.

Reynolds je umrl leta 1912. Pet let kasneje se je Ilya Romanovich Prigogine rodil v Moskvi, deset let kasneje pa v Nemčiji - Hermann Haken. Sredi dvajsetega stoletja sta ti dve osebi razglasili novo obdobje znanosti, ki se imenuje »post-ne-klasična«. Sedaj se nadaljuje. Njena ustanovitev temelji na relativno novi disciplini - sinergiji.

Sinergija

Ta znanost ne deli biologije, kemije, fizike in geologije. Vsi ti razdelki so zanimive sinergije, ker raziskujejo odprte neravnotežne sisteme, ki so sposobni samoorganiziranja. Nikjer najti neposredne študije pojavov. Vsaka znanost gradi modele, vendar je večina statičnih. Popoln vakuum absolutna nič v učbenikih. Toda v resnici so takšni pogoji nedosegljivi. Vsaka dva sosednja sistema izmenjata maso ali energijo, tako da se vsi postopki odvijajo v pred ravnotežnih pogojih.

Samoorganizacija

In ko nek volumetrični predmet (npr. Voda v ponvi), ki je sestavljena iz zelo velikega števila elementov, prejme energijo od zunaj (segreje), potem pa se nekoč njeno vedenje spremeni.

Vedno so nam v šoli povedali, da je vrenje kaotičen proces, molekule se ne uvrščajo več v koherenten sistem tekočin in se začnejo neskladno gibati v različnih smereh. Vendar to ni povsem res. Če obstaja zelo veliko število elementov, če je en atom "tekel" navzgor, obstaja možnost, da se bo več ducatov sosednjih atomov istočasno pomaknilo navzgor. Tako bo nekaj časa obstajala skupina vode, v kateri se delci obnašajo na enak način.

To je bistvo samoorganizacije: v neravnovesnem sistemu mnogih komponent se nekateri začnejo obnašati na enak način v majhnih prostorih časa in prostora.

Turbulenca in samoorganizacija

Ideja samoorganizacije, kot jo vidi bralec, je precej preprosta. Dokaz koherentnega obnašanja je veliko bolj zapleten. Izjemen ruski znanstvenik Klimontovič, ki je sledil paradigmi sinergij, je izhajal: za prehod katerega koli sistema iz kaosa v samoorganizacijo odgovarja en parameter. Ko preseže določeno kritično vrednost, se stopnja težavnosti poveča. Isti znanstvenik je prvič na svetu dokazal, da je za turbulentno gibanje tekočine to merilo Reynoldsovo število. Tako se je pokazatelj, ki se uporablja že skoraj petdeset let, izkazal za ključnega pomena za odkritje novega obdobja v znanosti.