रेनॉल्ड्स संख्या कैलकुलेटर
नतीजा
रेनॉल्ड्स संख्या
- गतिज श्यानता (cSt)
- 1.004 cSt
रेनॉल्ड्स संख्या कैलकुलेटर बताता है कि किसी पाइप में बहता तरल दो तरीक़ों में से किस तरीक़े से बह रहा है। तरल का घनत्व और श्यानता, पाइप का भीतरी व्यास और बहाव का वेग डालिए, और यह Re लौटाता है — वह अकेली इकाई-रहित संख्या जो बहाव की जड़त्व-शक्ति को उसे क़ाबू में रखने वाली श्यानता के सामने तौलती है — साथ में वह गतिज श्यानता जिससे यह संख्या बनी है और वह स्तर जिसमें यह मान पड़ता है: स्तरीय, संक्रमणीय या विक्षुब्ध। Re का कोई मात्रक नहीं होता और उसमें निरपेक्ष आकार का ज़िक्र भी नहीं होता, और यही इसे गिनने लायक़ बनाता है: वही संख्या 6 मिमी की ईंधन-लाइन और 1.2 मीटर की पानी की मुख्य नली, दोनों में स्तर तय करती है — इसलिए एक ही गणना प्रयोगशाला के सेटअप और नगरपालिका की पाइपलाइन, दोनों का जवाब दे देती है।
तापमान के साथ पानी के गुण
| तापमान (°C) | घनत्व (kg/m³) | श्यानता (mPa·s) | गतिज श्यानता (cSt) |
|---|---|---|---|
| 0 | 999.8 | 1.787 | 1.787 |
| 20 | 998.2 | 1.002 | 1.004 |
| 40 | 992.2 | 0.653 | 0.658 |
| 60 | 983.2 | 0.467 | 0.475 |
| 80 | 971.8 | 0.355 | 0.365 |
| 100 | 958.4 | 0.282 | 0.294 |
एक वायुमंडल पर शुद्ध पानी, और 20 °C वाली पंक्ति ही वह है जिस पर कैलकुलेटर के खाने डिफ़ॉल्ट पर बैठते हैं: कुछ न टाइप कीजिए और पहली स्क्रीन इसी तालिका के बीचोंबीच बैठी 998.2 / 1.002 की जोड़ी बन जाती है। आख़िरी कॉलम अपने से पहले वाले दो से गिना जाता है, किसी पुस्तिका से उठाया नहीं, इसलिए यह पंक्ति और नतीजे का पैनल आपस में अलग नहीं हो सकते — और असल काम भी यही कॉलम करता है, क्योंकि अकेली श्यानता सूत्र में कभी नहीं आती। इसे नीचे पढ़िए और इस पेज का दूसरा सबसे काम का तथ्य सामने आ जाता है: 0 °C से 100 °C तक पानी की गतिज श्यानता छह गुना गिरती है, इसलिए उसी पाइप में उसी गति पर गर्म पानी ठंडे पानी से कहीं ज़्यादा आसानी से विक्षुब्ध होगा। घनत्व का कॉलम उसी दायरे में सिर्फ़ क़रीब 4% गिरता है, और इसीलिए यह गिरावट लगभग पूरी की पूरी श्यानता की है।
तापमान के साथ सूखी हवा के गुण
| तापमान (°C) | घनत्व (kg/m³) | श्यानता (mPa·s) | गतिज श्यानता (cSt) |
|---|---|---|---|
| 0 | 1.293 | 0.0172 | 13.302 |
| 20 | 1.205 | 0.01813 | 15.046 |
| 40 | 1.127 | 0.0191 | 16.948 |
| 60 | 1.06 | 0.02 | 18.868 |
| 80 | 1 | 0.0209 | 20.9 |
| 100 | 0.946 | 0.0218 | 23.044 |
एक वायुमंडल पर सूखी हवा। 20 °C वाली पंक्ति ही वह है जो ऊपर के नली वाले उदाहरण में इस्तेमाल हुई (1.205 / 0.01813), इसलिए वह गणना इस तालिका के सामने पंक्ति-दर-पंक्ति जाँची जा सकती है। हवा की गतिज श्यानता पानी के उलट दिशा में चलती है — 0 °C पर 13.3 cSt से 100 °C पर 23.0 cSt तक चढ़ती है — क्योंकि उसका घनत्व उसकी श्यानता के बढ़ने से तेज़ी से गिरता है, और इसका मतलब है कि उसी नली में उसी गति पर गर्म गैस की रेनॉल्ड्स संख्या ठंडी से कम होती है। पैमाने का फ़र्क़ भी देखिए: हवा की श्यानता पानी से क़रीब पचपन गुना छोटी है, पर उसकी गतिज श्यानता क़रीब पंद्रह गुना बड़ी है — और रेनॉल्ड्स संख्या पहले अनुपात के पीछे नहीं, इसी दूसरे के पीछे चलती है।
फ़ॉर्मूला
Re = ρ · v · D / μ = v · D / ν, जहाँ ρ kg/m³ में, v m/s में, D m में, μ Pa·s में और ν m²/s में है
- ρ
- तरल का घनत्व, kg/m³ में — यानी प्रति इकाई आयतन वह द्रव्यमान जिसे बहाव को अपने साथ खींचना पड़ता है। यह गुणक की तरह आता है, इसलिए घनत्व दुगुना करने पर रेनॉल्ड्स संख्या दुगुनी हो जाती है: उसी गति पर सघन तरल ज़्यादा संवेग ढोता है, और ज़्यादा संवेग का मतलब है श्यानता के लिए ज़्यादा जड़त्व से लड़ना। 20 °C पर पानी 998.2 है और सूखी हवा 1.205, यानी 800 गुना का फ़र्क़ — और यही वह बड़ी वजह है कि एक ही नली में एक ही गति पर हवा की रेनॉल्ड्स संख्या पानी से आठ सौ गुना नहीं बल्कि लगभग पंद्रह गुना कम आती है; बाक़ी वजह यह है कि हवा की श्यानता भी उसी अनुपात में छोटी है। घनत्व वह राशि भी है जिसे प्रक्रम की शर्तें हिलाती रहती हैं: 0 °C से 100 °C के बीच पानी का घनत्व लगभग 4% बदलता है, जो नीचे की पानी वाली तालिका दिखाती है, जबकि गैस का घनत्व तापमान के साथ-साथ दाब से भी बदलता है — इसलिए संपीड़ित लाइन की रेनॉल्ड्स संख्या उसी लाइन के वायुमंडलीय दाब वाले रूप से अलग सवाल है
- v
- पाइप के साथ बहाव का औसत वेग, m/s में — यानी आयतन प्रवाह दर बटा अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल, न कि तरल के किसी ख़ास टुकड़े की चाल। इसके साथ दो चेतावनियाँ आती हैं। यह पाइप में मौजूद हर चीज़ का औसत है और हर जगह एक जैसा कहीं नहीं होता: स्तरीय पाइप-प्रवाह में केंद्र-रेखा पर तरल इस संख्या से दुगुनी तेज़ चलता है, और विक्षुब्ध प्रवाह में वेग-वितरण कहीं ज़्यादा चपटा होता है — इसलिए असली पाइप का वेग सदा औसत ही होता है। और यही वह राशि है जो पाइप बदलने पर बदलती है: वही प्रवाह दर आधे व्यास में ठूँसने पर वेग चार गुना और इसलिए रेनॉल्ड्स संख्या दुगुनी हो जाती है, और यही शांत स्तरीय लाइन को शोर भरी लाइन में बदलने का सबसे तेज़ तरीक़ा है
- D
- पाइप का भीतरी व्यास, आपकी चुनी हुई इकाई में (मिलीमीटर में)। यह वह छेद है जो तरल असल में देखता है, ऑर्डर पर लिखा नाममात्र आकार नहीं: DN50 स्टील पाइप और DN50 प्लास्टिक पाइप एक ही आकार-श्रेणी के हैं और एक ही छेद नहीं, क्योंकि नाममात्र आँकड़ा एक श्रेणी बताता है, नापा हुआ रास्ता नहीं, और छेद दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है। सूत्र में लंबाई का पैमाना यही है — पाइप गोल है इसलिए व्यास सबसे साफ़ चुनाव है, और जो नली गोल न हो उसमें यही भूमिका जल-व्यास निभाता है: अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल चार गुना, बटा भीगी परिधि। इस खाने में बाहरी नाप डालने से रेनॉल्ड्स संख्या दोनों व्यासों के अनुपात जितनी बड़ी बताई जाती है, जो मोटी दीवार वाली लाइन पर आसानी से दस प्रतिशत बन जाता है
- μ
- गतिक श्यानता (dynamic viscosity), mPa·s में — तरल का अपनी ही परतों के खिसकने के विरुद्ध भीतरी प्रतिरोध, और वही राशि जो बहाव को क़ाबू में रखने का काम करती है। शहद को शहद और पानी को पानी यही बनाती है: 20 °C पर पानी 1.002 mPa·s है, हवा 0.018, और गियर ऑयल सैकड़ों में। चूँकि यह हर में बैठती है, उसी पाइप में उसी गति पर ज़्यादा श्यान तरल की रेनॉल्ड्स संख्या कम होती है — जो कहने का दूसरा तरीक़ा यह है कि उसे हिलाना ज़्यादा मुश्किल है। इकाई दिमाग़ में बैठा लीजिए: 1 mPa·s = 0.001 Pa·s = 1 cP, यानी पुरानी रासायनिक-अभियांत्रिकी तालिकाओं का सेंटीप्वाज़ और SI का मिलीपास्कल-सेकंड एक ही संख्या हैं, दो नामों में
- ν
- गतिज श्यानता (kinematic viscosity), cSt में, दूसरे नतीजे के रूप में छपती है क्योंकि रेनॉल्ड्स संख्या श्यानता को सदा इसी जोड़ी में इस्तेमाल करती है: ν = μ / ρ, यानी गतिक श्यानता बटा घनत्व। यह वह राशि है जो बताती है कि कोई तरल अपने ही वज़न में कितनी आसानी से बहता है, और इसका मात्रक परिभाषित है, नापा हुआ नहीं — 1 cSt = ठीक 1 mm²/s — इसलिए यूरोपीय और चीनी पुस्तिकाएँ 20 °C पर पानी के लिए जो mm²/s छापती हैं (क़रीब 1.0) और यह पेज जो cSt छापता है, वे एक ही संख्या हैं, दो तरह लिखी हुई। नीचे की तालिकाएँ दिखाती हैं कि इसे अलग से रखना क्यों काम का है। पानी की ν 0 °C से 100 °C तक छह गुना गिरती है, जो ज़्यादातर उसकी श्यानता का गिरना है, जबकि हवा की ν तापमान के साथ बढ़ती है क्योंकि उसका घनत्व उसकी श्यानता के चढ़ने से तेज़ी से गिरता है — गर्म तरल और गर्म गैस इस धुरी पर उलटी दिशाओं में चलते हैं, और रेनॉल्ड्स संख्या उनके पीछे-पीछे चलती है। हिंदी में इन दो नामों में एक ही अक्षर का फ़र्क़ है — «गतिक» श्यानता वह है जो mPa·s में डाली जाती है और «गतिज» श्यानता वह है जो cSt में छपती है
- 2300 / 4000
- वे दो रेखाएँ जो एक संख्या को नाम बना देती हैं, और इस पेज का वह अकेला हिस्सा जो नाप नहीं, परंपरा है। 2300 से नीचे पाइप-प्रवाह को स्तरीय कहा जाता है, 4000 से ऊपर विक्षुब्ध, और बीच में संक्रमणीय — वह पट्टी जहाँ बहाव ठहरा रह सकता है, दोनों के बीच झूल सकता है, या ऊपर की कोई फ़िटिंग उसे एक तरफ़ धकेल सकती है। पट्टियाँ अर्ध-खुली हैं, इसलिए 2300 ख़ुद ही संक्रमणीय है और 4000 ख़ुद विक्षुब्ध, और जो बैज आपको दिखता है वह पीछे की असली संख्या से नहीं, नतीजे के पैनल में छपे पूर्णांकित मान से पढ़ा जाता है: 2300 छपा हुआ जवाब संक्रमणीय कहा जाएगा, भले ही बिना पूर्णांकित किया हुआ मान 2299.6 रहा हो। यह चुनाव जान-बूझकर है — स्तरीय बैज के नीचे 2300 पढ़ने वाला पैनल ऐसी ग़लती होगी जिसे पाठक देख तो लेगा पर समझा नहीं सकेगा
इसका इस्तेमाल किसी प्रवाह-मापी पर भरोसा करने से पहले कीजिए, क्योंकि ज़्यादातर मापी विक्षुब्ध प्रवाह के लिए कैलिब्रेट होते हैं और स्तरीय प्रवाह में कम पढ़ते हैं — और रेनॉल्ड्स संख्या यह जानने का सबसे सस्ता तरीक़ा है कि आप किसमें हैं। पाइप या पंप का आकार तय करते समय कीजिए, क्योंकि स्तर ही तय करता है कि दाब-हानि का कौन-सा सहसंबंध लागू होगा — स्तरीय प्रवाह साफ़-सुथरा 64/Re है और विक्षुब्ध प्रवाह को पाइप की खुरदुराई भी चाहिए। ऊष्मा-स्थानांतरण के मामले में कीजिए, क्योंकि विक्षुब्ध प्रवाह उसी गति पर स्तरीय प्रवाह से कई गुना तेज़ी से मिलता है और ऊष्मा ले जाता है — इसीलिए हीट एक्सचेंजर विक्षुब्ध रखने के लिए बनाया जाता है, और इसीलिए सिर्फ़ रिसती हुई गर्म पाइप की लाइन ढकी हुई लाइन जैसी बर्ताव करती है। और वहाँ भी कीजिए जहाँ कुछ मिला हुआ, निलंबित या बैठा रहना है: घोल में रेत पाइप में टिकी रहेगी या नहीं, यह रेनॉल्ड्स संख्या का सवाल है, और पूरे आकार के विमान के बारे में कुछ सच कहने के लिए हवा की सुरंग में नमूने को किस गति पर जाँचना होगा, यह भी। यह बहाव के स्वभाव का सवाल है — उस बहाव पर कितना दाब ख़र्च होगा, यह यह अपने आप में कुछ नहीं बताता।
हल किए हुए उदाहरण
पहली स्क्रीन: 20 °C का पानी, DN50 पाइप, 2 m/s
- Re = ρ · v · D / μ = 998.2 · 2 · 0.050 / 0.001002
- 998.2 · 2 = 1996.4 kg/(m²·s)
- 1996.4 · 0.050 = 99.82 kg/s प्रति मीटर
- 99.82 / 0.001002 = 99 621
- ν = μ / ρ = 0.001002 / 998.2 = 1.004 × 10⁻⁶ m²/s = 1.004 cSt
निन्यानवे हज़ार, आराम से विक्षुब्ध — और दो मीटर प्रति सेकंड पर बहती पानी की मुख्य नली से यही उम्मीद है: जो पाइप रोज़ी-रोटी के लिए पानी ढोते हैं वे लगभग हमेशा विक्षुब्ध होते हैं, और दिलचस्प मामले तालिका के शांत सिरे पर बैठे होते हैं। यहाँ छपी दोनों संख्याएँ नीचे की पानी वाली तालिका में मौजूद हैं — 998.2 और 1.002 उसकी 20 °C पंक्ति हैं, और नतीजों की दूसरी पंक्ति वाली 1.004 cSt उसी पंक्ति का आख़िरी कॉलम दोबारा गिना हुआ है — इसलिए आप पेज को छोड़े बिना उसे किसी पुस्तिका से मिला सकते हैं। ध्यान दीजिए कि पैनल रेनॉल्ड्स संख्या के आगे कोई मात्रक नहीं छापता: यह दो बलों का अनुपात है और इसका कोई मात्रक नहीं होता।
वही पाइप, धीमा किया हुआ: 0.02 m/s
- Re = 998.2 · 0.02 · 0.050 / 0.001002
- 998.2 · 0.02 = 19.964 kg/(m²·s)
- 19.964 · 0.050 = 0.9982 kg/s प्रति मीटर
- 0.9982 / 0.001002 = 996
- वही तरल, वही पाइप, इसलिए ν बिना बदले 1.004 cSt
पिछले वेग का ठीक सौवाँ हिस्सा और रेनॉल्ड्स संख्या का भी ठीक सौवाँ हिस्सा: 99 621 के बजाय 996, और बैज विक्षुब्ध से पलटकर स्तरीय हो जाता है। यह रैखिकता ही पूरी बात है — Re वेग के साथ सीधे बदलती है और यहाँ और कुछ नहीं बदलता — और यह यह भी बताती है कि कितना कम काफ़ी है। बीस मिलीमीटर प्रति सेकंड एक धीमी रिस है, वैसी ही जो आधा बंद वाल्व या गुरुत्व-निकास से मिलती है, और वह पहले से ही यांत्रिक रूप से दूसरा तरल है। यही वह जोड़ी है जो याद रखनी चाहिए जब पूरे बहाव पर सही पढ़ने वाला मापी कम बहाव पर झूठ बोलने लगे।
तरल के बजाय गैस: 300 मिमी की नली में 10 m/s पर हवा
- Re = 1.205 · 10 · 0.300 / 0.00001813
- 1.205 · 10 = 12.05 kg/(m²·s)
- 12.05 · 0.300 = 3.615 kg/s प्रति मीटर
- 3.615 / 0.00001813 = 199 393
- ν = μ / ρ = 0.00001813 / 1.205 = 15.046 × 10⁻⁶ m²/s = 15.046 cSt
हवादार नली में तेज़ दस मीटर प्रति सेकंड पर हवा, और फिर भी विक्षुब्ध — पर देखिए कि वह वहाँ पहुँचती कैसे है। हवा पानी से आठ सौ गुना हल्की है, जो अकेले उसकी रेनॉल्ड्स संख्या आठ सौ गुना कम कर देती; उसकी श्यानता भी पचपन गुना कम है, जो दूसरी तरफ़ धकेलती है। कुल नतीजा यह कि ν पानी के 1.004 के सामने 15.046 cSt बनती है, इसलिए एक ही व्यास और एक ही गति पर गैस तरल की रेनॉल्ड्स संख्या का क़रीब पंद्रहवाँ हिस्सा देती है। यहाँ इस्तेमाल हुआ हर मान नीचे की हवा वाली तालिका की 20 °C पंक्ति है, जो इसीलिए दी गई है कि यह गणना पेज के भीतर से हाथ से दोबारा की जा सके।
रेखा पर ही: Re = ठीक 2300
- Re = 1000 · 2.3 · 0.001 / 0.001
- 1000 · 2.3 = 2300 kg/(m²·s)
- 2300 · 0.001 = 2.3 kg/s प्रति मीटर
- 2.3 / 0.001 = 2300
- ν = 0.001 / 1000 = 1 × 10⁻⁶ m²/s = 1 cSt
एक हज़ार किलोग्राम प्रति घन मीटर, एक मिलीपास्कल-सेकंड, एक मिलीमीटर: संख्याएँ इसलिए चुनी गई हैं कि गणित सिमटकर Re = 1000 × v रह जाए, और 2.3 m/s पर जवाब ठीक निचली पट्टी-रेखा पर उतरता है। बैज संक्रमणीय कहता है, क्योंकि पट्टियाँ अर्ध-खुली हैं और 2300 पहले से ऊपर वाली पट्टी का है। इसी सेटअप को 4.0 m/s तक धकेलिए और ठीक 4000 तथा विक्षुब्ध बैज मिलेगा, इसलिए दोनों रेखाएँ एक ही खाने से टटोली जा सकती हैं। असली पाइप में रेखा के ठीक ऊपर किसी भी नाम पर भरोसा करना समझदारी नहीं होगी: यही वह दायरा है जहाँ ऊपर लगा कोई वाल्व, कोई वेल्ड का मोती या कोई कंपन जवाब तय कर देता है।
सीमाएँ
2300 और 4000 की रेखाएँ परंपरा हैं, प्रकृति का नियम नहीं, और स्रोत इन पर पूरी तरह सहमत भी नहीं हैं: नीचे बताई गई पाठ्यपुस्तक निचली रेखा के लिए लगभग 2000 और ऊपरी के लिए लगभग 3000 देती है, और उनके बीच की पट्टी को संक्रमणीय नहीं बल्कि अस्थिर कहती है। संक्रमण असल में कैसा होता है यह उन चीज़ों पर निर्भर करता है जो यह पेज पूछता ही नहीं — बहाव पाइप में घुसा कैसे (घंटी-मुँह और नुकीले किनारे वाला प्रवेश अलग-अलग बर्ताव करते हैं), व्यास के सापेक्ष दीवार की खुरदुराई, कंपन, और आप आख़िरी फ़िटिंग से कितनी दूर नीचे की ओर हैं। चिकने प्रवेश वाला प्रयोगशाला का पाइप स्तरीय प्रवाह को 2300 से काफ़ी आगे तक टिकाए रख सकता है, और वही पाइप आधे बंद वाल्व के बाद 2300 से नीचे भी विक्षुब्ध हो सकता है। ये रेखाएँ गोल पाइप के लिए भी हैं: क्रांतिक रेनॉल्ड्स संख्या तरल की ही तरह ज्यामिति का भी गुण है — सपाट पट्टिका के साथ बनने वाली सीमा-परत दो कोटि ऊँचे मानों तक स्तरीय रहती है, और बेलन या गोले के चारों ओर का प्रवाह बिल्कुल अपना अलग बर्ताव रखता है। जो नली गोल न हो उसमें व्यास की जगह जल-व्यास लीजिए: क्षेत्रफल का चार गुना बटा भीगी परिधि, जो वर्गाकार नली के लिए भुजा की लंबाई है और चौड़ी पतली झिरी के लिए दो गुनी चौड़ाई। व्यास काम के तापमान पर सच्चा भीतरी छेद होना चाहिए, नाममात्र आकार नहीं: DN एक आकार-श्रेणी है, और DN50 पाइप का छेद इस पर निर्भर करता है कि वह स्टील है, ताँबा है या प्लास्टिक, और उसकी दीवार कितनी मोटी है। तरल न्यूटनी होना चाहिए — ख़ून, पेंट, घोल और बहुलक-गलित पदार्थों की श्यानता इस पर निर्भर करती है कि उन्हें कितनी तेज़ी से खिसकाया जा रहा है, इसलिए एक अकेली रेनॉल्ड्स संख्या उन्हें बयान नहीं करती और ऊपर की पट्टियों का उनके लिए कोई मतलब नहीं। यहाँ कुछ भी यह नहीं बताता कि प्रवाह स्थायी है या नहीं, दीवार से अलग होता है या नहीं, या उसमें कितना दाब लगता है: रेनॉल्ड्स संख्या उन सहसंबंधों का इनपुट है, उनका जवाब नहीं — और उतनी तेज़ चलती गैस के लिए जो संपीडित हो जाए, इसके साथ मैक संख्या भी चाहिए, जैसे खुली नाली की मुक्त सतह के लिए फ़्राउड संख्या। और नीचे दिए गुण-मान शुद्ध पानी तथा सूखी हवा के लिए, एक वायुमंडल पर, 0 °C से 100 °C के बीच हैं; इस दायरे में पानी की गतिज श्यानता छह गुना बदलती है, इसलिए कमरे के तापमान के गुणों से गिनी गई संख्या किसी गर्म लाइन की संख्या नहीं है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
- रेनॉल्ड्स संख्या का सूत्र क्या है?
- Re = ρ · v · D / μ — घनत्व गुणा वेग गुणा व्यास, बटा गतिक श्यानता — जिसे Re = v · D / ν भी लिखा जाता है, जहाँ गतिज श्यानता ν = μ / ρ एक साथ दो राशियों का काम करती है। हर लंबाई और हर मात्रक कट जाता है, और इसीलिए Re इकाई-रहित है: 99 621 वही 99 621 है, चाहे पाइप मिलीमीटर में नापा जाए या मील में। यह सूत्र असल में छिपा हुआ अनुपात है। ऊपर की पंक्ति जड़त्व है — गति में मौजूद द्रव्यमान, यानी तेज़, सघन और चौड़े बहाव का चलते रहने और भँवर बनाने का झुकाव — और नीचे की पंक्ति श्यानता, यानी तरल का अपने पड़ोसियों के खींचे क़ाबू में आ जाने का झुकाव। इनमें जो जीते, वही बताता है कि आप किस स्तर में हैं।
- स्तरीय, संक्रमणीय और विक्षुब्ध के दायरे क्या हैं?
- पाइप में बहाव के लिए अभियांत्रिकी परंपरा यह है कि 2300 से नीचे स्तरीय, 4000 से ऊपर विक्षुब्ध, और बीच में संक्रमणीय — वह पट्टी जहाँ बहाव ठहर सकता है, दोनों के बीच झूल सकता है, या ऊपर की कोई फ़िटिंग उसे किसी एक तरफ़ धकेल सकती है। ध्यान रखिए कि किताबें अलग-अलग हैं: नीचे बताया गया स्रोत नली के लिए लगभग 2000 और लगभग 3000 इस्तेमाल करता है और बीच की पट्टी को अस्थिर कहता है, और वे संख्याएँ भी उतनी ही जायज़ हैं जितनी ये। दोनों समूह एक ही भौतिकी बयान करते हैं और कोई भी ठीक-ठीक नहीं है, क्योंकि संक्रमण प्रवेश की शर्तों और दीवार की खुरदुराई पर उतना ही निर्भर है जितना संख्या पर। यह पेज 2300 / 4000 इस्तेमाल करता है, पट्टियाँ अर्ध-खुली लगाता है (2300 ख़ुद संक्रमणीय है), और बैज पैनल के छपे पूर्णांकित मान से पढ़ता है।
- रेनॉल्ड्स संख्या का असल मतलब क्या है?
- यह किसी बहाव में जड़त्व-बलों और श्यान-बलों का अनुपात है, और इसी वजह से अलग तरलों के अलग पाइपों में बहते दो प्रवाह एक जैसा बर्ताव कर सकते हैं। कम मानों पर श्यानता जीतती है और तरल करीने से परतों में सरकता है — उसमें गड़बड़ कीजिए तो वह गड़बड़ दब जाती है। ऊँचे मानों पर जड़त्व जीतता है और बहाव भँवरों में टूट जाता है, ख़ुद को मिला लेता है, और गड़बड़ मरने के बजाय बढ़ती है। यह संख्या न वेग है न प्रवाह दर: यह तरल, गति और ज्यामिति की पूरी व्यवस्था का गुण है, और पाइप का व्यास दुगुना करने का असर उस पर उतना ही होता है जितना गति दुगुनी करने का।
- सूत्र में लंबाई पाइप का व्यास है या त्रिज्या?
- यहाँ व्यास है — और ख़ास तौर पर भीतरी व्यास, वही छेद जिससे तरल गुज़रता है। त्रिज्या वाला रूप भी चलता है और उसमें दो का गुणक आ जाता है: किसी किताब में नली का रूप 2ρvr/η लिखा हो सकता है, जो ρvD/η के बराबर है क्योंकि D = 2r। एक चुनिए और उसी पर टिकिए, क्योंकि दोनों मिला देने पर जवाब दो गुना ग़लत आता है और बिल्कुल विश्वसनीय दिखता है। दो जुड़े जाल भी हैं: DN50 पाइप एक आकार-श्रेणी है, छेद नहीं, इसलिए असली भीतरी व्यास सामग्री और दीवार की मोटाई पर निर्भर करता है; और जो नली गोल न हो उसमें इस खाने की जगह उसका जल-व्यास लगता है — अनुप्रस्थ काट का क्षेत्रफल चार गुना, बटा भीगी परिधि।
- कौन-सी श्यानता लूँ, गतिक या गतिज?
- जो भी, बशर्ते वह सही सूत्र के साथ जोड़ी जाए: गतिक श्यानता μ को घनत्व के साथ, या अकेली गतिज श्यानता ν, क्योंकि ν = μ / ρ। यह पेज गतिक वाली mPa·s में लेता है और गतिज वाली cSt में आपके लिए छाप देता है, क्योंकि अगली गणना को आम तौर पर वही संख्या चाहिए होती है। हिंदी में इन दोनों नामों में एक ही अक्षर का फ़र्क़ है — «गतिक» श्यानता वह है जिसे mPa·s में डालते हैं और «गतिज» श्यानता वह है जो cSt में छपती है — इसलिए पढ़ते समय अक्षर पर नज़र रखिए। मात्रक याद बैठा लीजिए: 1 mPa·s = 1 cP, और परिभाषा से 1 cSt = 1 mm²/s, इसलिए यूरोपीय तथा चीनी तालिकाओं में छपी mm²/s और पुराने अमेरिकी साहित्य का cSt एक ही मात्रक हैं। 20 °C पर पानी 1.002 mPa·s और 1.004 cSt है, हवा 0.01813 mPa·s और 15.046 cSt, और नीचे की दोनों तालिकाएँ छह तापमानों के लिए दोनों कॉलम देती हैं।
- पानी गर्म होने पर जवाब क्यों बदल जाता है?
- क्योंकि तरल को गर्म करने पर गतिज श्यानता गिरती है — पानी 0 °C पर 1.787 cSt से 100 °C पर 0.294 cSt तक जाता है, यानी छह गुना — इसलिए उसी पाइप और उसी गति पर रेनॉल्ड्स संख्या छह गुना बढ़ जाती है और जो प्रवाह ठंडे में स्तरीय था वह गर्म में विक्षुब्ध हो सकता है। गैसों में उलटा चलता है: उसी दायरे में हवा की गतिज श्यानता 13.3 से 23.0 cSt तक चढ़ती है, क्योंकि उसका घनत्व उसकी श्यानता के बढ़ने से तेज़ी से गिरता है — इसलिए गैस को गर्म करने पर उसकी रेनॉल्ड्स संख्या घटती है। नीचे की दोनों गुण-तालिकाएँ ठीक इसीलिए हैं: रेनॉल्ड्स संख्या उतनी ही अच्छी होती है जितनी उसके पीछे की गुण-जोड़ी, और दोनों तापमान के साथ उतनी बदलती हैं जितना ज़्यादातर लोग सोचते भी नहीं।
- क्या ऊँची रेनॉल्ड्स संख्या का मतलब है कि बहाव शोरगुल वाला या खुरदुरा है?
- ज़रूरी नहीं। रेनॉल्ड्स संख्या स्तर बताती है, शोर नहीं: अच्छी तरह ढकी पाइप में विक्षुब्ध प्रवाह चुपचाप चल सकता है, और किसी नुकीली रुकावट के पास से गुज़रता स्तरीय प्रवाह सीटी बजा सकता है। हाँ, संख्या यह ज़रूर बताती है कि मिलना, ऊष्मा-स्थानांतरण और दाब-हानि का स्वभाव बदल गया है, और दूसरे स्तर के लिए बना सहसंबंध यहाँ लागू नहीं होगा। यह यह भी नहीं कहती कि प्रवाह दीवार से जुड़ा रहता है या नहीं, समय के साथ स्थायी है या नहीं, या — तेज़ चलती गैस के लिए — संपीड्यता का असर पड़ता है या नहीं। ये अलग सवाल हैं जिनकी अलग संख्याएँ हैं, और इसीलिए रेनॉल्ड्स संख्या को किसी बहाव के बारे में गिनी जाने वाली आख़िरी चीज़ नहीं, पहली चीज़ मानना ठीक है।
संदर्भ
- 12.5 The Onset of Turbulence — the Reynolds number for flow in a tube, the definitions of its terms, and the threshold values this page treats as a convention (about 2000 and about 3000, with the band between them described as unstable) — OpenStax (Rice University)
- Reynolds Number — the definition as the ratio of inertial to viscous forces, the derivation down to Re = ρVL/μ, the dimensionless reading (about 10 million for essentially inviscid flow, a few hundred where viscosity cannot be ignored) and the kinematic form Re = VL/ν — NASA Glenn Research Center
- Water — Dynamic and Kinematic Viscosity at Various Temperatures and Pressures — the viscosity column of the water table below — The Engineering ToolBox
- Water — Density, Specific Weight and Thermal Expansion Coefficients — the density column of the water table below — The Engineering ToolBox
- Air — Dynamic and Kinematic Viscosity at Various Temperatures and Pressures — the viscosity column of the air table below — The Engineering ToolBox
- Air — Density, Specific Weight and Thermal Expansion Coefficients at Varying Temperatures and Pressures — the density column of the air table below — The Engineering ToolBox