Reynolds Sayısı ve Akış Türleri

Reynolds sayısı, belirli bir boru veya geometriden geçen akışkanın akış türünü belirleyen sayıdır. Osborne Reynolds tarafından bulunmuştur. Bu akış türleri laminer ve türbülanslı akıştır. Osborne Reynolds hazırlamış olduğu deney sistemi ile bir borudan geçen sıvının akış türünü tespit etmiş ve tekrarlayan deneyler neticesinde, kendi adı verilen Reynolds sayısı ile bu deney sonuçlarını genelleştirmiştir.

Deney basitçe şöyle hazırlanmıştır. Akışkanın geçtiği, akışkan hızının ayarlanabildiği bir boru ve  borudan akan akışkana mürekkep enjekte eden bir sistemden oluşur. Deney yapılırken mürekkebin davranışı gözlemlenmiştir ve akış türü hakkında yorum yapılmıştır. Eğer mürekkep ince bir çizgi şeklinde gözlemleniyorsa ve mürekkepte dağılma olmuyorsa akışkan türünün laminer akış olduğu söylenebilir. Eğer mürekkep dağılıyorsa, bu durum türbülanslı akış olarak adlandırılır.

Laminer akış, akışkanın çalkantılı olmayan daha düzenli şekilde aktığı akış türüdür. Türbülanslı akış ise çalkantılı ve akış çizgilerinin gelişigüzel olduğu akış türüdür. Akış türlerine bakıldığında tam olarak tespit edilemeyen laminer akıştan türbülanslı akışa geçişteki bölge de vardır. Bu bölgede akışkan türü için ne laminer ne de türbülanslıdır denemez. Bu bölgeye geçiş evresi denir. Reynolds sayısı aşağıdaki denklem ile tespit edilir.

Bu denklemde;

ρ =yoğunluk ( kg/m3)
V= akışkanın hızı (m/s2)
D= akışkanın geçtiği borunun çapı (m)
μ= akışkanın dinamik viskozitesi (Pa.s)
v= akışkanın kinematik viskozitesi (m2/s)

Bu denklemden elde edilen Reynolds sayısı ile akış türü hakkında yorum yapılır.

Re < 2300                         Laminar akış tipi
2300 <  Re < 4000            Geçiş rejimi
Re > 4000                         Türbülanslı akış tipi



Denklemden görülebileceği gibi Reynolds sayısı ve akış türleri yoğunluğa, akışkanın hızına , akışın gerçekleştiği borunun uzunluğuna ve akışkanın viskozitesine bağlıdır. akışkanın yoğunluğu, borunun uzunluğu ve akışkanın hızı arttıkça Reynolds sayısı da artar. Viskozitenin artmasıyla Reynolds sayısı azalır. Yani yüksek yoğunluk ve viskoziteli akışkanlarda laminer akış rejimine daha fazla rastlanır. Çünkü viskoz ve yoğunluğu yüksek akışkanların hızları daha düşüktür. Daha akışkan ve hızı yüksek akışkanlarda ise türbülanslı akış rejimi gözlemlenir. Viskozite hakkında daha fazla bilgiye ilgili yazımızdan ulaşabilirsiniz.

>> Viskozite Nedir? Viskozitenin Önemi Nedir?

Laminer ve türbülanslı akışa birçok örnek verilebilir. En çok verilen örneklerden biri dumanın akış durumudur. Yanan bir maddeden çıkan duman veya sigara dumanı ilk olarak daha düzenli ve ince bir şekilde çıkar. Bu durum laminer akış türüne örnek verilebilir. Daha sonra ise hava akımıyla dağılır ve türbülanslı akışa geçer. Aynı şekilde suyun baraj kapağından çıkmadan önce ve çıktıktan sonraki durumu da örnek verilebilir. Her ne kadar tam düzenli olmasa da baraj kapağından geçmeden önce su laminer akış rejimindedir. Kapağın açılması ile meydana gelen hız artışı ve basınçla akış, türbülanslı akış rejimine geçer.