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산업계측제어기술사

레이놀즈 Reynold 의 수

레이놀즈수

Reynolds Number · 관성력 · 점성력 · Laminar Flow · Turbulent Flow · 압력강하 · 유량

1. 레이놀즈수의 의미

이미지에서는 레이놀즈수를 관성력과 점성력의 크기를 비교하는 무차원수로 정리한다.

Re = 관성력 / 점성력

레이놀즈수를 이용하여 유체가 Laminar Flow인지 Turbulent Flow인지 판단하는 흐름으로 기록되어 있다.

2. 유체 흐름의 구분

이미지에서는 유체 흐름을 다음 두 형태로 구분한다.

  • Laminar Flow
  • Turbulent Flow
Reynolds Number → Laminar / Turbulent Flow 판단

3. 관성력

관성력은 Newton의 운동관계에서 시작하여 밀도, 속도, 길이와 연결하여 전개한다.

F = ma

이미지에서는 질량을 밀도와 체적의 관계로 나타낸다.

m = ρV

대표 길이를 L, 대표 속도를 v로 두고 체적과 가속도의 크기를 이용하여 관성력을 전개한다.

Volume ∝ L³
Acceleration ∝ v² / L
Finertia ∝ ρL³ · v²/L
Finertia ∝ ρv²L²

4. 대표 길이와 속도

이미지에서는 L을 길이, v를 속도로 두고 레이놀즈수를 전개한다.

  • L : 대표 길이
  • v : 대표 속도
  • ρ : 밀도
  • μ : 점성계수

5. 점성력

점성력은 전단응력과 속도구배 관계에서 전개한다.

τ = μ · dv/dL

전단응력은 힘을 면적으로 나눈 값으로 기록되어 있다.

τ = F / A

6. 전단력

이미지에서는 유체 층 사이에 작용하는 전단력을 다음 관계로 전개한다.

Fshear = μ · dv/dL · A

면적 A를 대표 길이 L의 제곱으로 보면 다음과 같은 크기 관계로 정리된다.

A ∝ L²
dv/dL ∝ v/L
Fviscous ∝ μ · v/L · L²
Fviscous ∝ μvL

7. 레이놀즈수 유도

관성력과 점성력의 비를 취하면 레이놀즈수가 된다.

Re = Finertia / Fviscous
Re = ρv²L² / μvL
Re = ρvL / μ
이미지에서는 레이놀즈수를 관성력과 점성력의 비에서 유도하여 Re = ρvL/μ 형태로 정리한다.

8. 레이놀즈수와 유동 상태

이미지 하단에서는 Re 값에 따라 Laminar Flow와 Turbulent Flow를 구분한다.

          Reynolds Number
                 │
          ┌──────┴──────┐
          ▼             ▼
     낮은 Re          높은 Re
          │             │
          ▼             ▼
     Laminar Flow   Turbulent Flow
    

이미지에는 경계값으로 약 2,100과 4,000이 손글씨로 기록되어 있다.

경계값은 이미지에 적힌 수치를 그대로 반영하였다. 외부 유체역학 기준으로 수정하지 않았다.

9. Laminar Flow

이미지에서는 낮은 Reynolds Number 영역을 Laminar Flow와 연결한다.

Re 낮음 → Laminar Flow

이 영역에서는 점성의 영향이 상대적으로 크게 작용하는 흐름으로 정리되어 있다.

10. Turbulent Flow

높은 Reynolds Number 영역은 Turbulent Flow와 연결되어 있다.

Re 높음 → Turbulent Flow

이 영역에서는 관성력의 영향이 상대적으로 크게 나타나는 관계로 정리할 수 있다.

11. Laminar Flow의 압력차와 유량

이미지 하단에서는 Laminar Flow일 때 압력차 ΔP와 유량 Q의 관계를 기록한다.

Q ∝ ΔP
Laminar Flow 영역에서는 이미지에 Q가 ΔP에 비례하는 관계로 기록되어 있다.

12. Turbulent Flow의 압력차와 유량

Turbulent Flow 영역에서는 압력차와 유량 관계가 제곱근 형태로 기록되어 있다.

Q = k√ΔP

즉 압력차가 증가할 때 유량이 ΔP의 제곱근에 관계하는 형태이다.

13. Laminar와 Turbulent의 ΔP 관계

구분 이미지의 관계
Laminar Flow Q ∝ ΔP
Turbulent Flow Q = k√ΔP

14. Reynolds Number 전체 관계

                    Reynolds Number
                          │
                          ▼
                    Re = ρvL / μ
                          │
              ┌───────────┴───────────┐
              │                       │
              ▼                       ▼
          관성력 영향              점성력 영향
              │                       │
              └───────────┬───────────┘
                          ▼
                 유동 상태 판단
                          │
              ┌───────────┴───────────┐
              ▼                       ▼
        Laminar Flow            Turbulent Flow
              │                       │
              ▼                       ▼
          Q ∝ ΔP                 Q = k√ΔP
    

15. 이미지 핵심 정리

항목 이미지 내용
Reynolds Number 관성력 / 점성력
관성력 ρv²L² 크기로 전개
점성력 μvL 크기로 전개
Re ρvL / μ
전단응력 τ = μ(dv/dL)
Laminar Flow 낮은 Re 영역
Turbulent Flow 높은 Re 영역
Laminar의 유량 관계 Q ∝ ΔP
Turbulent의 유량 관계 Q = k√ΔP
이 HTML은 페이지 본문과 YouTube 자료를 사용하지 않고, 해당 페이지에 삽입된 일반 이미지 1장만 직접 시각 판독하여 작성하였다. 이 페이지에서는 NeoStudio PDF가 확인되지 않았다. Reynolds Number의 경계값과 Laminar/Turbulent 구분은 이미지에 기록된 손글씨를 기준으로 옮겼으며, 외부 유체역학 자료를 이용해 수정하거나 보완하지 않았다.
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