Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds adalah besaran tak berdimensi yang membantu Anda menilai seberapa kuat pengaruh inersia dibandingkan viskositas dalam aliran fluida. Dalam praktiknya, siswa biasanya menemukannya saat menanyakan apakah suatu aliran cenderung tetap halus atau menjadi lebih terganggu pada kondisi tertentu.

Untuk banyak soal, bentuk yang umum adalah

$$Re = \frac{\rho v L}{\mu} = \frac{vL}{\nu}$$

dengan $\rho$ adalah massa jenis fluida, $v$ adalah kecepatan aliran karakteristik, $L$ adalah panjang karakteristik, $\mu$ adalah viskositas dinamis, dan $\nu$ adalah viskositas kinematik.

Penafsiran cepatnya sederhana: bilangan Reynolds rendah berarti viskositas memiliki pengaruh yang lebih kuat pada pola aliran, sedangkan bilangan Reynolds tinggi berarti inersia memiliki pengaruh yang lebih kuat. Namun, itu tidak berarti satu angka saja menjamin aliran laminar atau turbulen pada setiap geometri.

Apa yang Diberitahukan Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds sering dijelaskan sebagai perbandingan antara efek inersia dan efek viskos. Anda tidak perlu menurunkan rumus lengkapnya untuk menggunakannya dengan baik. Yang penting adalah gagasan di balik perbandingan tersebut.

Jika viskositas mendominasi, fluida cenderung menahan perbedaan kecepatan yang tajam dan geraknya biasanya lebih halus serta lebih teratur. Jika inersia mendominasi, aliran lebih mungkin terus bergerak melewati gangguan daripada segera menghaluskannya.

Itulah sebabnya bilangan Reynolds digunakan sebagai pemeriksaan awal untuk menilai apakah suatu aliran mungkin laminar, transisi, atau turbulen pada kondisi tertentu.

Rumus Bilangan Reynolds Mana yang Digunakan

Simbol $L$ tidak selalu menyatakan besaran fisik yang sama. Nilainya harus sesuai dengan masalah aliran yang sedang dibahas.

Untuk aliran dalam pipa melingkar, pilihan yang biasa digunakan adalah diameter pipa $D$, sehingga

$$Re = \frac{\rho v D}{\mu}$$

Untuk situasi lain, panjang karakteristik bisa berupa panjang chord, diameter hidraulik, diameter bola, atau skala lain yang spesifik terhadap masalah. Jika Anda memilih skala panjang yang salah, bilangan Reynolds tidak akan bermakna seperti yang Anda kira.

Anda juga mungkin melihat bentuk ekuivalen $Re = \frac{vL}{\nu}$. Kedua bentuk tersebut menyatakan hal yang sama. Gunakan mana yang sesuai dengan data fluida yang diberikan.

Contoh Bilangan Reynolds untuk Aliran Pipa

Misalkan air mengalir melalui pipa melingkar halus dengan:

• kecepatan rata-rata $v = 0.50\ \mathrm{m/s}$
• diameter pipa $D = 0.020\ \mathrm{m}$
• viskositas kinematik $\nu = 1.0 \times 10^{-6}\ \mathrm{m^2/s}$

Untuk pipa melingkar, gunakan

$$Re = \frac{vD}{\nu}$$

Substitusikan nilainya:

$$Re = \frac{(0.50)(0.020)}{1.0 \times 10^{-6}} = 1.0 \times 10^4$$

Jadi, bilangan Reynoldsnya sekitar $10{,}000$.

Untuk aliran internal dalam pipa melingkar halus, aturan praktis yang umum adalah:

• aliran laminar: kira-kira $Re < 2300$
• aliran transisi: kira-kira $2300 \lesssim Re \lesssim 4000$
• aliran turbulen: sering kali $Re > 4000$

Dalam kondisi aliran pipa yang spesifik tersebut, $Re \approx 10{,}000$ menunjukkan bahwa aliran turbulen kemungkinan besar terjadi. Nilai ambang itu bukan konstanta universal untuk setiap masalah aliran, jadi Anda tidak boleh menerapkannya secara sembarangan pada lapisan batas, aliran di sekitar benda, atau saluran yang tidak melingkar.

Kesalahan Umum pada Bilangan Reynolds

• Menganggap bilangan Reynolds sebagai sakelar ya-atau-tidak untuk turbulensi pada setiap geometri. Penafsirannya bergantung pada susunan aliran.
• Menggunakan panjang karakteristik yang salah. Pada aliran pipa, diameter biasanya dipakai, tetapi masalah lain menggunakan skala yang berbeda.
• Lupa bahwa viskositas berubah dengan jenis fluida dan suhu. Geometri dan kecepatan yang sama dapat menghasilkan bilangan Reynolds yang berbeda jika sifat fluidanya berubah.
• Mengira bilangan Reynolds tinggi menjamin turbulensi apa pun kondisinya. Dalam praktiknya, kondisi masuk, kekasaran permukaan, dan gangguan juga berpengaruh.

Di Mana Bilangan Reynolds Digunakan

Bilangan Reynolds muncul di seluruh mekanika fluida karena membantu membandingkan aliran dengan ukuran dan kecepatan berbeda pada dasar yang sama. Bilangan ini digunakan pada aliran pipa, aliran di sekitar mobil dan pesawat, pengujian model, korelasi perpindahan panas, dan analisis gaya hambat.

Bilangan ini juga sangat penting dalam kesebangunan dinamis. Jika dua sistem memiliki bilangan Reynolds yang sebanding dan kondisi penting lainnya juga cocok, keduanya dapat menunjukkan perilaku aliran yang serupa meskipun ukuran fisiknya sangat berbeda.

Coba Soal Bilangan Reynolds yang Mirip

Cobalah versi Anda sendiri dengan mengubah satu hal pada satu waktu. Gandakan diameter pipa, atau kurangi viskositas menjadi setengahnya, lalu prediksi apa yang terjadi pada $Re$ sebelum menghitung. Jika ingin melangkah sedikit lebih jauh, telusuri kasus lain dengan mengganti fluidanya dan periksa bagaimana viskositas baru mengubah penafsirannya.