Il numero di Reynolds (Re) è un numero adimensionale relativo alla meccanica dei fluidi. È tra gli attributi più importanti utilizzati per riassumere le forze agenti su un fluido e, in base al suo valore, viene determinata la turbolenza o l’assenza di turbolenza di un fluido. La designazione prende il nome da Osborne Reynolds, che fece molti studi pionieristici sulla meccanica dei fluidi tra la fine del XIX e l’inizio del XX secolo. Le variazioni della quantità sono disposte sull’asse X del Moody Chart, uno dei grafici più utili nella meccanica dei fluidi.
Più specificamente, il numero di Reynolds è definito come il rapporto tra le forze inerziali, che contribuiscono alla turbolenza, e le forze viscose, che agiscono contro la turbolenza, all’interno di un fluido. In altre parole, il numero descrive la probabilità che il flusso sia laminare o turbolento per un determinato insieme di condizioni fisiche. Il flusso laminare o liscio indica che tutto nel flusso di un fluido si muove nella stessa direzione e questi flussi interni non si influenzano a vicenda. Il flusso turbolento, d’altra parte, indica che si creano interruzioni o vortici all’interno del flusso principale.
L’esempio più comune di flusso laminare e turbolento si trova in un lavandino. Quando l’acqua viene aperta per la prima volta e non scorre molto velocemente, è limpida. La maggior parte dei flussi interni dell’acqua non interagiscono tra loro e si muovono nella stessa direzione; questo è un flusso laminare e indica un numero di Reynolds basso. All’aumentare della quantità e della velocità dell’acqua, diventa bianca. I flussi interni iniziano a scontrarsi tra loro in un flusso turbolento, introducendo aria nel flusso d’acqua.
Un altro esempio del concetto è immaginare un oggetto che si muove attraverso un fluido. Più velocemente l’oggetto si muove, più denso è il liquido e più tempo l’oggetto si muove, più è probabile che il flusso del fluido sia turbolento. Più un fluido è viscoso o appiccicoso, maggiore è la possibilità che lo spessore del fluido agisca contro un flusso turbolento.
Matematicamente, il numero di Reynolds è definito come:
Re = ρ * V * L / µ
Dove Re = numero di Reynoldsρ = densità del fluido (di solito lb/ft3 o 3)V = velocità (di solito ft/so m/s)L = lunghezza della corsa (di solito ft o m)
In un tubo o canale, L = raggio idraulico (solitamente ft o m)µ = viscosità fluidodinamica (solitamente lb/(ft*s) o kg/(m*s) o Pa*s)
Dall’equazione si può vedere che il numero di Reynolds è direttamente proporzionale alla lunghezza. Varia anche proporzionalmente alla lunghezza e alla densità del fluido. I numeri ρ, V e L contribuiscono tutti alle forze inerziali, mentre µ contribuisce solo alle forze viscose.
Per Re di 2,300 o meno, il flusso del fluido è considerato laminare. Il flusso turbolento, d’altra parte, si ottiene quando Re è maggiore di 4,000. I valori per il numero di Reynolds tra queste due quantità indicano flussi di transizione, che possono presentare caratteristiche di entrambi i tipi di flusso.
Il numero di Reynolds è utilizzato in molte diverse applicazioni della meccanica dei fluidi. È una parte necessaria dei calcoli del fattore di attrito in alcune equazioni della meccanica dei fluidi, come l’equazione di Darcy-Weisbach. Un altro uso comune del numero arriva nella modellazione di organismi che nuotano nell’acqua, e questa applicazione è stata fatta dagli animali più grandi, come la balenottera azzurra, fino ad animali molto piccoli, compresi i microrganismi. Ha anche applicazioni nella modellazione del flusso d’aria intorno agli oggetti, come le ali di un aereo.