36
О физическом смысле числа Рейнольдса
и других критериев гидродинамического подобия
*
© К.А. Макаров
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия
Для описания явлений природы на научном уровне используемые
понятия и термины должны удовлетворять определенным требованиям,
среди которых важнейшую роль играет однозначность, логическая не-
противоречивость и удобство использования как в научно-познаватель-
ной, так и в прикладной деятельности. Одним из средств достижения
этого является установление четкого физического смысла используемых
величин — интерпретация формальных соотношений применительно
к свойствам реальных объектов. Задача выяснения четкого физического
смысла является актуальной даже для таких, базовых, широко использу-
емых величин, как число Рейнольдса, число Фруда и др.
На сегодняшний день в технической гидравлике широко распро-
странена интерпретация числа Рейнольдса как отношения сил инер-
ции к силам вязкого трения. Такая интерпретация не может считаться
удовлетворительной, поскольку число Рейнольдса широко использу-
ется для описания стационарных течений жидкости в инерциальных
системах отсчета. А сила инерции в инерциальных системах отсчета
не существует по определению. Парадокс установившейся интерпре-
тации числа Рейнольдса особенно ясно проявляется при рассмотрении
стационарного течения несжимаемой вязкой жидкости в прямолиней-
ном канале постоянного поперечного сечения.
В теоретической гидродинамике число Рейнольдса вводится чисто
математически как параметр, получаемый при обезразмеривании урав-
нений Навье — Стокса. При этом вопросу о физическом смысле этого
параметра должного внимания не уделяется.
В настоящей работе предлагается логически строгая интерпретация
числа Рейнольдса как отношение потока импульса жидкости, заключен-
ной в объеме единичной длины вдоль по потоку, к силе вязкого трения
на единице длины вдоль по потоку. При такой интерпретации также сни-
мается противоречие между «энергетической» и «силовой» трактовкой
физического смысла числа Рейнольдса. В работе рассмотрен физиче-
ский смысл других параметров гидродинамического подобия.
*
Полный текст статьи см. Инженерный журнал: наука и инновации, 2014,
вып. 1. URL:
Фундаментальные и прикладные задачи механики
