¿Por qué es importante el número de Reynolds en un modelo CFD?

Los paquetes CFD se basan esencialmente en ecuaciones fundamentales que rigen el flujo de fluidos. Le daré un ejemplo que ilustrará la importancia del número de Reynold en CFD / Mecánica de fluidos.

Considere una pelota volando por el aire, la pelota experimentará la resistencia aerodinámica del aire. ¿Cuál es la naturaleza de la fuerza de arrastre del aire sobre la pelota?

Tal vez se deba a la fricción del aire a medida que fluye sobre la pelota, pero el aire tiene una viscosidad tan baja, la fricción podría no contribuir mucho al arrastre, y el arrastre podría deberse a la acumulación de presión frente a la pelota cuando empuja el balón. aire fuera del camino. Podemos predecir con anticipación la importancia relativa de la fuerza viscosa, y la fuerza debido a la acumulación de presión frente a la pelota, podemos estimar si las fuerzas viscosas, en oposición a las fuerzas de presión, son insignificantes simplemente calculando el número de Reynolds .

Aquí ρ y μ son la densidad y la viscosidad del fluido, respectivamente, y V y L son la velocidad típica o “característica” y la escala de tamaño del flujo (en este ejemplo, la velocidad y el diámetro de la bola).

Si el número de Reynolds es “grande”, los efectos viscosos serán insignificantes (pero aún tendrán consecuencias importantes).

Si el número de Reynolds es pequeño, los efectos viscosos serán dominantes.

Si el número de Reynolds no es grande ni pequeño, no se pueden sacar conclusiones generales.

FUENTE- Introducción a la mecánica de fluidos por Fox y Mcdonalds.

En la dinámica de fluidos, los números no dimensionales como el número de Reynolds determinan las escalas de longitud y tiempo relevantes de la simulación. Esto es importante ya que una buena simulación necesita tener una malla lo suficientemente fina como para capturar las escalas de longitud más pequeñas del flujo, y un paso de tiempo lo suficientemente pequeño como para capturar los movimientos más rápidos en el flujo.

Más que el número de Reynolds, es la relación de densidad y viscosidad lo que es importante para el modelo CFD.

Esta relación generalmente decide la naturaleza de la simulación o el flujo. Si la densidad es alta, entonces el flujo está dominado por convección y la precisión de estabilidad, etc. se vuelve difícil (la oscilación de la solución, etc., son síntomas comunes). Si está dominado por la viscosidad, entonces es más un flujo de tipo Stokes en la naturaleza y la solución lleva mucho tiempo ya que la ecuación de momento es ahora una ecuación de difusión.

Técnicamente no es obligatorio. Uno puede construir un modelo de CFD para proporcionar una buena solución sin conocer explícitamente el número de Reynolds si comprende bien la física y su código es lo suficientemente general.

Sin embargo, el número de Reynolds proporciona un acceso directo para determinar qué tipo de flujo de fluido puede esperar y, por lo tanto, probablemente pueda simplificar su modelo en función del número de Reynolds.

Mis observaciones, su kilometraje puede variar.

Porque puede seleccionar el modelo de fluido en CFD según el número de Reynolds (laminar o turbulento).

Simplemente hablando, el número de Reynolds decide la intensidad de la turbulencia, lo que significa que debe elegir la escala de tiempo y espacio adecuada para simular.