Reynolds-Zahl – der Schlüssel zum Verständnis der Strömungsmechanik von Flüssigkeiten

Die Reynolds-Zahl ist eines der wichtigsten Konzepte in der Strömungsmechanik und wird häufig bei der Auswahl von hydraulischen Geräten angetroffen, die auf Strömung basieren – wie z.B. Wärmetauscher. Obwohl die Reynolds-Zahl selbst nur eine dimensionslose Zahl ist, ermöglicht sie Ingenieuren und Konstrukteuren zu bestimmen, welchen Charakter die Strömung in einem bestimmten System hat – ob sie ruhig und geordnet oder turbulent und chaotisch ist (sog. turbulente Strömung). Dies wiederum hat direkten Einfluss auf die Effizienz von Geräten wie Rohren, Kanälen, Verteiler, Wärmetauschern, Pumpengruppen und sogar ... Bauteilen von Flugzeugen, Panzern oder Turbinen. Ohne die Forschungen des irischen Ingenieurs von der Universität Manchester – aus dem späten 19. Jahrhundert (gemeint ist Osborne Reynolds) – wären viele hydraulische Geräte heute sicherlich nicht so modern und effizient konstruiert. Ganz sicher könnten heutige Wärmetauscher nicht solche Leistungen bei so kompakten Abmessungen erreichen.

Was genau bedeutet die Reynolds-Zahl?

Die Reynolds-Zahl (bezeichnet als "Re") beschreibt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Viskositätskräften, die auf eine Flüssigkeit wirken. Wenn der Re-Wert niedrig ist, überwiegen die Viskositätskräfte – die Flüssigkeit bewegt sich ruhig, schichtweise, ohne Durchmischung. Eine solche Strömung nennt man laminar. Ist Re hoch, dominieren die Trägheitskräfte, und es entstehen Wirbel, Unregelmäßigkeiten und intensive Durchmischung – also eine turbulente Strömung.

• ☑️✅ Wärmetauscher mit entsprechend profilierten Platten, die eine turbulente Strömung erzeugen oder aufrechterhalten können – also solche mit einem hohen Reynolds-Wert – sind besonders erwünscht, denn eine höhere Reynolds-Zahl bedeutet einen effizienteren Wärmeaustausch.
  
  
• ✅ BLOG: Was ist eine turbulente Strömung – dazu haben wir auch in einem anderen Artikel geschrieben.

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Wie interpretiert man den Wert der Reynolds-Zahl – Re?

Wenn wir sie nicht selbst berechnen müssen, ist die Sache sehr einfach. Es gelten allgemeine Schwellenwerte, die helfen, die Art der Strömung zu bestimmen:

• Re < 2300 – laminare Strömung (geordnet),
• Re zwischen 2300 und 4000 – Übergangsströmung (kann turbulent werden),
• Re > 4000* – turbulente Strömung (chaotisch, intensiv mischend).

*(in einigen Quellen findet man auch Werte >3000 für turbulente Strömung, z.B. bei runden Rohren, siehe unten).

Diese Werte können je nach Geometrie des Systems und Randbedingungen variieren, bieten aber eine gute Grundlage für die Einschätzung. Die Interpretation des Reynolds-Werts ist also recht einfach, aber man sollte auch bedenken, dass ein höherer Wert nicht immer erwünscht ist (wie z.B. bei Wärmetauschern). Es hängt von der spezifischen Anwendung ab.

Warum hat die Reynolds-Zahl praktische Bedeutung?

Die Anwendungen der Reynolds-Zahl sind vielfältig – von der Konstruktion hydraulischer Anlagen und einzelner hydraulischer Geräte über die Optimierung industrieller Prozesse bis hin zur Aerodynamik von Fahrzeugen. In Heiz- oder Kühlsystemen, z.B. gerade in Wärmetauschern, streben Konstrukteure oft eine turbulente Strömung an, weil sie eine bessere Durchmischung der Flüssigkeit und damit einen effizienteren Wärmetransport gewährleistet.

Es gibt jedoch auch Fälle, in denen genau das Gegenteil – eine ruhigere Strömung – erwünscht ist. Beispiele hierfür sind der Transport von Flüssigkeiten in Laborleitungen, wo eine laminare Strömung bevorzugt werden kann – leise und stabil.

• Im Kontext von Wärmetauschern erreichen in der Praxis Plattenwärmetauscher höhere Reynolds-Zahlen, während Poolwärmetauscher niedrigere Werte aufweisen. Das bedeutet nicht, dass Plattenwärmetauscher in jeder Anwendung Poolwärmetauschern überlegen sind – die Reynolds-Zahl ist nur einer von vielen Parametern.

Nachwort

Die Reynolds-Zahl ist nicht nur Theorie aus Lehrbüchern – sie ist ein praktisches Werkzeug der Ingenieure, das hilft, die Funktionsweise vieler technischer Systeme zu verstehen, zu steuern und zu verbessern. Mit ihrer Hilfe kann man die Effizienz steigern, Kosten senken und Prozesse in den unterschiedlichsten technischen Bereichen optimieren. Daher sollte jeder, der mit Flüssigkeiten, Gasen oder Wärmeaustausch arbeitet, sie gut kennen.

• ✅ Die Reynolds-Zahl ist nicht unbedingt für Installateure oder Monteure notwendig – aber für Ingenieure oder Planer von Heizungs- oder Hydrauliksystemen – sehr wohl.

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