Как число Рейнольдса влияет на сопротивление поверхностного трения?

Во-первых, трение плохо сказывается на эффективности. Он замедляет движение вниз и нуждается в постоянном притоке энергии, чтобы преодолеть его. Чем больше трение, тем больше энергии должно быть сообщено, и эта энергия теряется в виде тепла.

Аэродинамическое трение обусловлено вязкостью. Число Рейнольдса говорит вам, насколько велика вязкость по отношению к силам инерции. Большее число Рейнольдса означает более низкую вязкость. Это означает, что более высокое число Рейнольдса почти всегда приводит к более низкому трению. Если вы посмотрите на график ниже, можно легко заметить нисходящий тренд.

_{Коэффициент сопротивления трения плоской пластины в зависимости от числа Рейнольдса ( источник изображения ). Обратите внимание на двойные логарифмические оси.}

Есть ли что-то вроде "чем выше число Рейнольдса, тем выше сила сопротивления"?

Да, иногда. Пожалуйста, посмотрите на кривую перехода: Здесь поток, который изначально был полностью ламинарным, медленно меняется с увеличением числа Рейнольдса на поток с ламинарным началом и переходом к турбулентному течению где-то ниже по течению. Это добавляет участок турбулентного пограничного слоя, где при меньшем числе Рейнольдса течение было бы ламинарным. Вы заметите, что при одном и том же числе Рейнольдса полностью ламинарный поток (нижняя линия) гораздо менее тормозной, чем полностью турбулентный (верхняя линия). Следовательно, замена части ламинарного потока турбулентным приведет к большему сопротивлению.

Теперь мне нужно объяснить, почему увеличение числа Рейнольдса приводит к более турбулентному потоку. Для этого я обращаюсь к этому ответу :

Внутри ламинарного пограничного слоя небольшие возмущения становятся все менее и менее затухающими, чем выше становится локальное число Рейнольдса , а при числе Рейнольдса около 400 000 в неускоренном потоке некоторые частоты становятся нестабильными (см . движения, что пограничный слой становится турбулентным. Теперь порции воздуха, которые движутся с высокой скоростью во внешней части пограничного слоя, будут двигаться близко к стене и отталкивать медленные частицы впереди, значительно уменьшая замедление потока вблизи стены ценой замедления и расширение всего пограничного слоя.

Проще говоря: ламинарный пограничный слой не может существовать бесконечно долго, но он превратится в турбулентный, если число Рейнольдса достаточно велико. Это изменит часть ранее ламинарной части пограничного слоя на турбулентную, увеличивая сопротивление.

Хотя все вышесказанное строго верно только для обтекания плоской пластины без градиента давления, реальный поток снова усложнит ситуацию: теперь турбулентный поток не так уж и плох; пример мяча для гольфа с ямочками показывает, что турбулентный пограничный слой в потоке с градиентом давления также может привести к снижению сопротивления при определенных обстоятельствах.