層流與紊流 - 計算和實例 Laminar Flow vs. Turbulent Flow – Calculations and Examples

什麼是層流和紊流？Osborne Reynolds用無因次數推廣這一現象。這個數字是慣性力與黏性力的比值。如果慣性力比黏性力佔優勢，則流體將以劇烈而混亂的方式起了作用。確定雷諾數的公式如下： 
等式1：Re = V * Dh / u 
Re=雷諾數（無因次） 
V - 速度（英尺/秒或米/秒） 
Dh – 液壓直徑（英尺或米） 
u - 運動黏度（英尺2 /秒或米2 /秒） 
雷諾數將決定流體（液體或氣體）移動的狀態。如果雷諾數Re低於2300，則認為是層流（流線和可預測）。如果Re大於4000，那麼它被認為是紊流的（混亂和混亂）。這兩個數字之間的區域是過渡區域，您開始在非線性方向上獲得小的渦流和速度。對於有效的吹排，清潔和降低噪音水平，層流是最佳的氣流分布。 
我們來比較EXAIR 超級風刀(氣刀)和鼓風式氣刀之間的雷諾數。這兩種產品的設計都是為了清潔和吹排等廣泛區域像是傳送帶。 EXAIR 超級風刀(氣刀)由壓縮空氣驅動，鼓風式氣刀由鼓風機提供動力。這兩種產品的主要區別在於槽口的尺寸。超級風刀(氣刀)具有0.002“（0.05mm）的間隙開口。它利用壓縮空氣的推力“推”它透過小開口產生一個強大的速度。鼓風機不會產生較大的推力，所以鼓風機的氣刀的開度必須更大來克服開口產生的任何背壓。間隙開口通常為0.5“（13mm）。根據上面的公式1，間隙開度有助於確定液壓直徑Dh。液壓直徑是與非圓形流動面積的等效管徑。由於超級風刀(氣刀)和鼓風式氣刀的橫截面都是矩形的，所以Dh可以計算如下： 
等式2：Dh = 2 * a * b /（a + b） 
Dh – 液壓直徑（英尺或米）
a - 開口（英尺或米） 
b - 間隙寬度（英尺或米） 

如果我們比較一個標準的12”寬的氣刀，我們可以使用公式2計算液壓直徑Dh： 
超級風刀(氣刀)的出口速度可透通過調節氣壓來改變。氣壓越高，速度越高。鼓風式氣刀可以使用變頻驅動（VFD）風機來改變出風速度。超級風刀(氣刀)合理的空氣壓力是80 PSIG，出口速度接近540英尺/秒（164米/秒）。為了將它與鼓風機系統等同，鼓風機的大小將決定最大速度。為了做這個比較，我將使用與超級風刀(氣刀)相同的速度。空氣的運動黏度在70度F時為0.000164平方公尺/秒（0.000015平方公尺/秒） （21攝氏度）。現在我們將有所有的信息進行比較，現在我們可以從方程1中找到雷諾數： 

從上面的計算可以看出，超級風刀(氣刀)的雷諾數Re低於2300.流動特徵在層流（可預測和流線）區域。鼓風機氣刀的雷諾數Re大於4000.從鼓風式氣刀出來的氣流動盪是紊亂的氣流（混亂和迷失方向）。為了更好地顯示層流和紊流的不同，我在下面的圖片中顯示了兩種狀態：水是液體（空氣是一種看不見的流體）。下面是Cave Run Lake排水管出水的例子（下圖）。由於慣性力遠高於水的黏度，處於紊流狀態;大聲而無順序。雷諾數大於4000.水的流向是往不同的方向，甚至在上游。當河水流入河口後（下圖第二張圖片），海浪從一個劇烈的混亂轉變成一個安靜，平靜的溪流，流向同一個方向。這是層流（Re小於2300）。 

超級風刀(氣刀)的工程設計，很細槽溝有助於產生層流。所有的空氣都在朝著同一個方向移動，共同作用，以更大的推力量去除碎片。如果你的鼓風機的氣流是紊流，噪音水平要高得很多，而且吹排的方向不明確。紊流對於混合是有用的，但對於試圖清潔或擦拭是可怕的。