레이놀즈 유사성 (Reynolds analogy)
한 줄 정의: 운동량·열·물질 전달이 같은 난류 메커니즘으로 일어난다고 보고 마찰계수와 전달계수를 연결한 이론입니다.
쉽게 풀면
관 속 난류에서 벽 근처의 소용돌이는 운동량뿐 아니라 열과 물질도 함께 나릅니다. 레이놀즈는 이 공통점을 이용해 마찰 저항을 알면 열전달 계수도 알 수 있다고 보았습니다. 측정하기 쉬운 마찰로 어려운 열전달을 추정하는 셈입니다.
왜 중요한가
전달현상 교과서의 기본 이론이며, 이를 보정한 칠튼-콜번 유사식 등의 출발점입니다. 전달계수 상관식을 해석하거나 새 상관식을 유도할 때 자주 인용됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"Pr≈1인 기체 유동에서는 레이놀즈 유사성으로 마찰계수로부터 열전달계수를 합리적으로 추정할 수 있다."
적용 조건과 함께 사용한 예입니다.
조금 더 깊게 보면
식은 St=f/2 (Stanton 수 St=Nu/(Re·Pr), f는 Fanning 마찰계수)로 표현됩니다. Pr=1, 형상 저항이 없는 평판·관 유동을 가정하며, 물질 전달에서는 Sc=1을 가정한 형태가 됩니다.
주의할 점
칠튼-콜번 유사식은 Pr^(2/3) 보정을 넣은 경험식이고, 레이놀즈 유사성은 Pr=1을 가정한 원형 이론입니다. Pr가 1에서 크게 벗어나는 액체에 그대로 쓰면 오차가 큽니다.