احسب عدد رينولدز لتدفق سائل في أنبوب لتحديد ما إذا كان التدفق طبقيًا أو انتقاليًا أو مضطربًا.
📂 الفيزياءعبّئ الحقول الموجودة على يمين الصفحة بالقيم المطلوبة، ثم اضغط الزر لرؤية النتيجة فورًا. لا حاجة للتسجيل، ولا تُرسَل أي بيانات لأي خادم — كل الحساب يتم داخل متصفحك مباشرة.
عدد رينولدز قيمة بلا وحدات تُستخدَم في ديناميكا السوائل للتنبؤ بما إذا كان التدفق عبر أنبوب سيكون سلسًا ومنتظمًا (طبقيًا) أو فوضويًا ومختلطًا (مضطربًا)، يُحسَب كناتج كثافة السائل في السرعة في قطر الأنبوب، مقسومًا على اللزوجة الديناميكية للسائل. للتدفق داخل أنبوب، يشير عدد رينولدز أقل من نحو 2,300 لتدفق طبقي، وتمثّل القيم بين نحو 2,300 و4,000 نظامًا انتقاليًا غير مستقر يمكن أن يتقلّب بين الحالتين، وتشير القيم فوق 4,000 لتدفق مضطرب تمامًا. يهم هذا التصنيف كثيرًا في الممارسة الهندسية لأن التدفقات الطبقية والمضطربة تتصرف بشكل مختلف جدًا من حيث انخفاض الضغط ونقل الحرارة والاختلاط، فالتنبؤ بالنظام الذي يقع فيه تدفق معيّن غالبًا الخطوة الأولى لتصميم الأنابيب والمضخات ومبادلات الحرارة بشكل صحيح. ويصف رقم رينولدز نسبة قوى القصور الذاتي إلى قوى اللزوجة في تيار سائل معين، ويُستخدَم لتحديد إن كان التيار سيتحرك بشكل منتظم وهادئ (طبقي) أو بشكل عشوائي ومضطرب (مضطرب)، وهو أمر مهم جدًا في تصميم الأنابيب والمجاري الهوائية.
ما إذا كان الماء يتدفق بسلاسة عبر أنبوب أو يضطرب فوضويًا يعتمد على مزيج مضغوط بشكل مفاجئ من العوامل — سرعة حركته، عرض الأنبوب، كثافة السائل، ومدى "ثخانته" أو لزوجته — كلها مُلخَّصة في قيمة واحدة بلا وحدات تُسمّى عدد رينولدز، واحدة من أكثر الأدوات التنبؤية فائدة في كل ديناميكا السوائل.
يكمن عبقرية عدد رينولدز في ما يعنيه "بلا وحدات" فعليًا هنا: بجمع الكثافة والسرعة والقطر واللزوجة بالنسبة الصحيحة بالضبط، تُلغى كل الوحدات كليًا، تاركةً رقمًا خالصًا بلا وحدات فيزيائية مرتبطة. هذا مهم لأنه يعني أن نفس عدد رينولدز بالضبط يصف تدفقًا مشابهًا ديناميكيًا بصرف النظر عن كونك تنظر لماء في خرطوم حديقة أو زيت في خط أنابيب صناعي — الرقم نفسه، لا السائل المحدد أو حجم الأنبوب، هو ما يحدد الطابع الأساسي للتدفق.
فيزيائيًا، يمثّل عدد رينولدز نسبة بين قوتين متنافستين داخل السائل: القوى القصورية، التي تريد الحفاظ على حركة السائل في أي اتجاه يتحرك فيه بالفعل، والقوى اللزجة، التي تُقاوِم تلك الحركة وتميل لتنعيم عدم الانتظام. عند أعداد رينولدز منخفضة، تسيطر القوى اللزجة، مُخمِّدةً أي اضطرابات ومُحافِظةً على تدفق سلس ومنتظم في طبقات موازية — هذا التدفق الطبقي. عند أعداد رينولدز مرتفعة، تتغلّب القوى القصورية على قدرة السائل على التصحيح الذاتي اللزج، وتنمو الاضطرابات الصغيرة إلى الدوران والاختلاط الفوضوي المميّز للتدفق المضطرب.
حدود الانتقال المحددة — نحو 2,300 لبداية عدم الاستقرار و4,000 للاضطراب المُترسِّخ بالكامل في تدفق الأنابيب — ليست حدودًا حادة تمامًا بل نطاقات تجريبية موثّقة جيدًا حيث يصبح التدفق تدريجيًا أقل قابلية للتنبؤ. في المنطقة الانتقالية بين هاتين القيمتين، يمكن للتدفق أن يتقلّب بين سلوك طبقي ومضطرب حسب اضطرابات صغيرة كخشونة الأنبوب أو اهتزازات ثانوية، وهذا سبب أن المهندسين يحاولون عمومًا تصميم الأنظمة للعمل بوضوح ضمن نظام واحد أو الآخر بدل هذه المنطقة الوسطى غير المستقرة.
التنبؤ الصحيح بنظام التدفق له عواقب عملية هائلة: يواجه التدفق الطبقي فقدان ضغط أقل عبر طول أنبوب معيّن لكنه ينقل الحرارة بشكل أبطأ ويختلط بشكل ضعيف، بينما يفقد التدفق المضطرب طاقة أكبر للاحتكاك لكنه يتميز في الاختلاط ونقل الحرارة. يُحرِّض مهندسو العمليات الكيميائية عمدًا الاضطراب حين يريدون اختلاطًا شاملًا، بينما غالبًا يُفضِّل مصمّمو خطوط أنابيب النفط أو الغاز بعيدة المدى البقاء طبقيًا أو تقليل الاضطراب تحديدًا لتقليل طاقة الضخ المفقودة للاحتكاك عبر مئات الكيلومترات.
يتحرك التدفق الطبقي بطبقات سلسة موازية باختلاط ضئيل بينها، بينما التدفق المضطرب فوضوي باختلاط كبير — يسبب التدفق المضطرب عادةً فقدان ضغط أكبر لكنه أيضًا نقل حرارة واختلاط أفضل، وهذا يمكن أن يكون مطلوبًا أو غير مطلوب حسب التطبيق.
الماء بدرجة حرارة الغرفة سائل مرجعي شائع في ديناميكا السوائل، بقيم كثافة ولزوجة موثّقة جيدًا تجعله افتراضيًا مريحًا؛ عدّل كلا الحقلين لسوائل أخرى كالزيت أو الهواء أو الماء بدرجات حرارة مختلفة.
تستخدم هذه الحاسبة معايير تدفق الأنابيب القياسية، لكن مفهوم عدد رينولدز ينطبق على نطاق واسع على تدفق السوائل حول الأجسام وعبر قنوات بأشكال كثيرة؛ حدود الانتقال المحددة تختلف لتدفق فوق صفيحة مستوية أو حول كرة، مثلًا.