Wenn sich ein Objekt durch die Atmosphäre bewegt, werden die Gasmoleküle der Atmosphäre in der Nähe des Objekts gestört und bewegen sich um das Objekt herum. Zwischen dem Gas und dem Objekt werden aerodynamische Kräfte erzeugt. Die Größe dieser Kräfte hängt von der Form des Objekts, der Geschwindigkeit des Objekts, der Masse des durch das Objekt fließenden Gases und von zwei anderen wichtigen Eigenschaften des Gases ab; die Viskosität oder Klebrigkeit des Gases und die Kompressibilität oder Federung des Gases. Um diese Effekte richtig zu modellieren, verwenden Aerodynamiker Ähnlichkeitsparameter, die diese Effekte mit anderen im Problem vorhandenen Kräften in Beziehung setzen. Wenn zwei Experimente die gleichen Werte für die Ähnlichkeitsparameter haben, wird die relative Bedeutung der Kräfte korrekt modelliert. Repräsentative Werte für die Eigenschaften von Luft sind auf einer anderen Seite angegeben, aber der tatsächliche Wert des Parameters hängt vom Zustand des Gases und von der Höhe ab.

Aerodynamische Kräfte hängen in komplexer Weise von der Viskosität des Gases ab. Während sich ein Objekt durch ein Gas bewegt, haften die Gasmoleküle an der Oberfläche. Dadurch entsteht in der Nähe der Oberfläche eine Luftschicht, die als Aboundary-Schicht bezeichnet wird und die Form des Objekts ändert. Der Gasstrom reagiert auf den Rand der Grenzschicht, als wäre er die physikalische Oberfläche des Objekts. Um die Dinge verwirrender zu machen, kann sich die Grenzschicht vom Körper trennen und eine effektive Form erzeugen, die sich stark von der physischen Form unterscheidet. Und um es noch verwirrender zu machen, sind die Strömungsbedingungen in und in der Nähe der Grenzschicht oft instabil (sich zeitlich ändernd). Die Grenzschicht ist sehr wichtig für die Bestimmung des Bruches eines Objekts. Um diese Bedingungen zu bestimmen und vorherzusagen, verlassen sich Aerodynamiker auf Windkanaltests und sehr ausgefeilte Computeranalysen.

Der wichtige Ähnlichkeitsparameter für die Viskosität ist die Reynolds-Zahl. Die Reynolds-Zahl drückt das Verhältnis der Trägheitskräfte (beständig gegen Veränderungen oder Bewegungen) zu den viskosen Kräften (schwer und klebrig) aus. Aus einer detaillierten Analyse der Momentum-Erhaltungsgleichung werden die Trägheitskräfte durch das Produkt der Dichte r mal der Geschwindigkeit V mal dem Gradienten der Geschwindigkeit dV / dx charakterisiert. Die viskosen Kräfte sind durch den dynamischen Viskositätskoeffizienten mu zeitlich des zweiten Gradienten der Geschwindigkeit d ^ 2V / dx ^ 2 gekennzeichnet. Die Reynolds-Zahl Re wird dann:

Der Gradient der Geschwindigkeit ist proportional zur Geschwindigkeit, die durch eine Längenskala L geteilt wird. In ähnlicher Weise ist die zweite Ableitung der Geschwindigkeit proportional zur Geschwindigkeit geteilt durch das Quadrat der Längenskala. Dann:

Die Reynolds-Zahl ist eine dimensionslose Zahl. Hohe Werte des Parameters (in der Größenordnung von 10 Millionen) zeigen an, dass die viskosen Kräfte gering sind und der Fluss im Wesentlichen nicht sichtbar ist. Die Euler-Gleichungen können dann verwendet werden, um den Fluss zu modellieren. Niedrige Werte des Parameters (in der Größenordnung von einhundert) zeigen an, dass viskose Kräfte berücksichtigt werden müssen.

Die Reynolds-Zahl kann weiter vereinfacht werden, wenn wir die kinematische Viskosität nu verwenden, die gleich der dynamischen Viskosität geteilt durch die ist Dichte:

Here“ ist ein Java-Programm zur Berechnung des Viskositätskoeffizienten und der Reynolds-Zahl für verschiedene Höhen, Längen und Geschwindigkeiten.

Um die Eingabewerte zu ändern, klicken Sie auf das Eingabefeld (schwarz) auf Weiß), Rücktaste über dem Eingabewert, geben Sie Ihren neuen Wert ein und drücken Sie die Eingabetaste auf der Tastatur (dies sendet Ihren neuen Wert an das Programm). Sie werden sehen, wie die Ausgabefelder (gelb auf schwarz) den Wert ändern. Sie können Verwenden Sie entweder imperiale oder metrische Einheiten, und Sie können entweder die Machzahl oder die Geschwindigkeit über die Menütasten eingeben. Klicken Sie einfach auf die Menüschaltfläche und klicken Sie auf Ihre Auswahl. Die nicht dimensionale Machzahl und die Reynoldszahl werden angezeigt Wenn Sie ein erfahrener Benutzer dieses Rechners sind, können Sie eine elegante Version des Programms verwenden, die schneller auf Ihren Computer geladen wird und diese Anweisungen nicht enthält. Sie können auch Ihre eigene Kopie des Programms herunterladen, um es auszuführen. Klicken Sie auf diese Schaltfläche:

Der Ähnlichkeitsparameter-Rechner wurde im Mai 2009 von Anthony Vila, einem Studenten, geändert an der Vanderbilt University, während eines Sommerpraktikums bei der NASA Glenn.

Bei einigen Problemen können wir die Reynolds durch die Längenskala teilen, um die Reynolds-Zahl pro Fuß zu erhalten. Dies ist gegeben durch:

The Reynolds Die Zahl pro Fuß (oder pro Meter) ist offensichtlich keine nicht dimensionale Zahl wie die Reynolds-Zahl.Sie können die Reynolds-Zahl pro Fuß mithilfe des Taschenrechners ermitteln, indem Sie die Längenskala auf 1 Fuß festlegen.

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