Reynolds-Zahl

Die Reynolds-Zahl ist eine dimensionslose Kennzahl aus dem Bereich der Strömungsmechanik. Sie beschreibt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Reibungskräften innerhalb einer erzwungenen Strömung und charakterisiert deren Strömungszustand.

Unterschieden werden die Strömungszustände "laminar" und "turbulent". Eine Strömung wird als laminar bezeichnet, wenn sie geordnet und ohne Verwirbelungen verläuft. Dem gegenüber verlaufen turbulente Strömungen ungeordnet und enthalten Verwirbelungen. Erzwungene laminare Strömungen sind durch niedrige Reynolds-Zahlen charakterisiert, während erzwungene turbulente Strömungen hohe Reynolds-Zahlen aufweisen.

Die Trennung zwischen "niedrigen" und "hohen" Reynolds-Zahlen erfolgt auf Basis der kritischen Reynolds-Zahl. Diese ist abhängig von der Strömungsgeometrie und in der Literatur für diverse Strömungsquerschnitte definiert.

Die Reynolds-Zahl für erzwungene Strömungen ist dabei analog zur Grashof-Zahl für freie (natürliche) Strömungen zu verstehen.

Beispiele für kritische Reynolds-Zahlen:

Rohrströmung: $\text{Re}_{\text{krit}} \approx 2300$

Überströmte ebene Platte: $\text{Re}_{\text{krit}} \approx 5 \cdot 10^5$

Quer angeströmtes Rohr (Zylinder): $\text{Re}_{\text{krit}} \approx 2 \cdot 10^5$

Umströmte Kugel: $\text{Re}_{\text{krit}} \approx 2 \cdot 10^5$

Die Reynolds-Zahl ist über die charakteristische Länge stark von der Strömungsgeometrie abhängig.

Beispiele für charakteristische Längen:

Rohrströmung (kreisrundes Rohr): Rohrinnendurchmesser

Rohrströmung (nicht kreisrundes Rohr): Hydraulischer Durchmesser

Überströmte ebene Platte: Plattenlänge

Quer angeströmtes Rohr (Zylinder): Rohraußendurchmesser

Umströmte Kugel: Außendurchmesser

Formelsammlung:

Anleitung

Die Reynolds-Zahl wird in cal-Q nach den Formeln aus der Formelsammlung berechnet.
Die Berechnung kann wahlweise durch Vorgabe der Stoffdaten oder durch Auswahl eines Stoffes aus der Datenbank erfolgen.
Bei der Berechnung unter Vorgabe der Stoffdaten ist auszuwählen, ob mit der kinematischen Viskosität $\nu$ oder der dynamischen Viskosität $\eta$ und der Dichte $\rho$ gerechnet werden soll.
Bei Auswahl eines Stoffes aus der Datenbank sind zusätzlich Druck und Temperatur anzugeben, damit die entsprechenden Stoffdaten ermittelt werden können. Zur Verfügung stehen die Stoffe Wasser, Luft, Kohlendioxid, Methan, R134a, Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff.

Die charakteristische Länge bezieht sich auf den Strömungsquerschnitt und ist abhängig von der betrachteten Geometrie zu definieren. Die Stoffdaten und die Strömungsgeschwindigkeit beziehen sich auf das strömende Fluid.

Alle Größen sind in den angegebenen Einheiten einzusetzen.

Quellen:

VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen: VDI-Wärmeatlas (11. Auflage), Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013
Bohl, Elmendorf: Technische Strömungslehre, Vogel-Fachbuch, 2005
Weber, Alt, Muster: Vorlesungen zur Wärmeübertragung, Teil 1: Grundlagen (2.Auflage), Technische Universität Clausthal, Papierflieger-Verlag, 2008

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