レイノルズ数について解説！レイノルズ数のざっくりイメージを掴もう！

こんにちわ！流体操る研究を行っているまやしょです！

理系大学に入ったら大概の人は習うであろう、流体力学。また流体に関わる現象(空気の流れ、天気関係とか)に興味ある人も流体力学にかじる機会があるでしょう！その中で必ずといっても過言ではないほど、出てくる「レイノルズ数」。

重要な指標であるが、あんましイメージがわかない人多いはず！そんな人向けに自分の「レイノルズ数」がどういった指標なのかを説明するで！

レイノルズ数とは何？

レイノルズ（Reynolds）数とは慣性力と粘性力の比を表す指数やで。

レイノルズ数の式

$$ Re = \frac{VL}{ν}\ = \frac{ρVL}{μ}\ = \frac{慣性力}{粘性力}\ $$

数式のそれぞれの単位

この式がレイノルズ数を表す式！式自体はそんなに複雑なものではないから、色々イメージしやすいと思う！

分母が “慣性項” というやつで、流体や流体の中を移動する物体の運動に関する項。$V$と$L$はそれぞれ「代表速度」と「代表長さ」というやつ。

円管の内部の流れなどを考えるときは、「代表速度」を「管内の流体の流速」とし、「代表長さ」を「管内の直径」として算出したりするで。

この式がどっから出てきたのかというと、流体力学では超重要な、ナビエ・ストークス方程式からやで！

式が慣性力と粘性力の比を表す式であることからもわかるで！

例↓

・レイノルズ数が小さい時
Re(左辺)が小さい　→　粘性力(分母)が大きい！（割る数大きいと小さくなるよな！）

$$ Re(小さい)　＝　\frac{慣性力　小さい}{粘性力　大きい}\ $$

・レイノルズ数が大きい時

Re(左辺)が大きい　→　慣性力(分子)が大きい　→　粘性力(分母)が小さい！(割る数小さかったら、大きなるよな！)

$$ Re(大きい)　＝　\frac{慣性力　大きい}{粘性力　小さい}\ $$

式からのイメージはこんな感じ！

実際の物理現象はどうなっているのかというと、

レイノルズ数が小さい時は粘性力の影響が大きいので、「ドロドロした流れ」
レイノルズ数が大きい時は粘性力の影響が小さいので、「サラサラした流れ」

ってな感じやで！

レイノルズ数は層流か乱流かの判断指標にもなっております。

「管内の流れ」においてはレイノルズ数約2300で層流から乱流に変化するということがわかってんで！
（層流から乱流へはパッと切り替わるのではなく、「だんだん」変化していくんやで。）

こういう「流れの状態」の指標になっている！

ここで注意なのが、管内流れでは「レイノルズ数約2300で層流から乱流に変化する」が他では決してそうではなことに注意！

なんでかっていうと、代表長さなどが変わってくるからやで！

これは正直、上の流れの状態を示すのと変わらんけど「一応こういう風に使われてるで」ってので紹介！

例えば、流体が空気がであった時は、「レイノルズ数のオーダーが10000」だと「大体、小型無人機が飛ぶぐらいか」みたいな感じ！

他にもレイノルズ数のオーダーが「1000000(10万)」とかやと「車が走ってるぐらい」かとかオーダーが「1000」とかやと「チョウチョ飛んでるぐらいか…」とか！

あくまでざっくりした指標ということは覚えておいてくださいな。

以上、レイノルズ数について説明してきましたが、イメージできたかな？

ざっくりまとめると、レイノルズ数とは「粘性の影響度合い」「層流と乱流の分かれ目を示す」「なんの物体かの判断指標」

こういったのを示す指標であるという感じやで！

何かしらのイメージを掴んでいただければと思います！