3. தொழில் துறை ரோபோக்கள் மற்றும் கணிப்பொறிகள் - ஐசக் அசிமோவ்

3. தொழில் துறை ரோபோக்கள் மற்றும் கணிப்பொறிகள் - ஐசக் அசிமோவ் 

தமிழில் முனைவர். ஜோஸ் இம்மானுவேல்

அறிவியல் புனைவு எழுத்தாளர்கள் எவ்வளவு தான் கனவு கண்டாலும், வெறும் கடிகாரவேலை செயல்பாட்டை மட்டும் வைத்து கொண்டு நிஜ ரோபோக்கள் உருவாக்க முடியாது. ரோபோக்கள், அன்றாட வேலையை திரும்ப திரும்ப செய்யவே இந்த கடிகாரவேலை பயன்படும். 

ஒரு பயனுள்ள ரோபோவை உருவாக்க அதற்கு சிக்கலான வழிமுறைகளை அதனுள் புகுத்த ஏதாவது ஒரு வழி இருக்க வேண்டும். அந்த வழிமுறைகள் அவ்வப்போது எளிதாக மாற்றியமைக்க கூடியதாக இருத்தல் வேண்டும். அதனால் ரோபோவை இப்பொழுது ஒரு செயலும், பிற்பாடு வேறு செயலும் செய்யவைக்க முடியும்.  கடிகாரவேலையையே மிகவும் நுட்பமாக வடிவமைக்க முடியும். 

1822இல் சார்லஸ் பாப்பேஜ் என்னும் ஆங்கிலேய கணித சாஸ்திரி, பற்சக்கரம், நெம்புகோல் மற்றும் சில பாகங்கள் கொண்டு செய்யப்படும் ஒரு வகையான கடிகாரவேலை இயந்திரத்தை பற்றி சிந்திக்க தொடங்கினார். அது மிகவும் சிக்கல் நிறைந்ததாகவும், அதற்கு நாம் தகவல் குடுக்க அது எல்லா வகையான கணித வினாவிற்கும் விடை கண்டு அதை அச்சிட்டு கொடுக்கும் திறன் கொண்டதாகவும் இருக்கும். அவர் ஒரு பிரம்மாண்டமான கணக்கிடும் இயந்திரத்தை பற்றி கனவு கண்டார். அதுவே இப்பொழுது நாம் கூறும் கணிப்பொறி 

என்றானது. 

அவர், நினைவாற்றல் கொண்டு, எண்களை தன்னுள் சேமித்து வைக்கும் ஒரு கணிப்பொறியை பற்றி கனவு கண்டார். எப்பொழுது வேண்டுமானாலும் உத்தரவுகளை மாற்றி, அதன்மூலம் எந்தவகையான வேலையையும் செய்ய கூடிய ஒரு இயந்திரத்தை பற்றி கனவு கண்டார். 

ஆனால் அது எதுவுமே அவருக்கு பலிக்கவில்லை . 

பாப்பேஜின் இயந்திரம் பல காரணங்களால் செயல்படவில்லை. முதலாவதாக, பாப்பேஜ் மிகவும் வித்யாசமான ஒரு பொறுமையற்ற மனிதர். ஒவ்வொரு முறையும் புதிய மேம்பட்ட எண்ணங்கள் பெற்றுகொண்டே இருந்தார். சிறந்த ஒரு இயந்திரதையேயன்றி அவருக்கு வேறொன்றும் அவருக்கு வேண்டியதாயில்லை. ஆகவே, எப்பொழுதும் அவர் செய்த இயந்திரத்தை அழித்துவிட்டு புதியதாக ஒரு பெரிய இயந்திரத்தை உருவாக்க தொடங்கிவிடுவார். இறுதியில், அவரிடம் இயந்திரம் உருவாக்க எந்த பணமும் மிஞ்சவில்லை . 

இதுதவிர, ஒருவேளை அவர் தனது இயந்திரத்தை செய்து முடித்திருந்தாலும் அது செயல்பட்டிருக்காது. பற்சக்கரம், நெம்புகோல் மற்றும் எல்லா பாகங்களும் ஒன்றோடு ஒன்று சரியாக பொருந்தியிருக்க வேண்டும். இல்லையேல் எல்லா நேரமும் அவைகள் உடைந்து நிலைகுலைந்தே போகும். பாப்பேஜின் காலத்தில், அந்த பாகங்களை எல்லாம், சரியாக பொருந்தும் அளவு துல்லியமாக உருவாக்க முடியவில்லை. அப்படியே முடிந்தாலும் அந்த இயந்திரம் மிகவும் கனமானதாக இருக்கும். எனவே அதை செயல்படுத்துவதும் கடினமானதாக அமைந்திருக்கும். 

அதனால் பாப்பேஜின் இயந்திரம் பல நூறு ஆண்டுகள் மறக்கடிக்கப்பட்டிருந்தது. 

அதே போலவே, காலம் கடந்து செல்ல, கூட்டல் இயந்திரங்கள் உருவாக்கப்பட்டது. ஒருவர், எண்களுக்கான சரியான பொத்தான்களை அழுத்தி பின் ஒரு நெம்புகோலை இழுத்தால், ஒரு விடை சுழன்று வரும். அது மிக எளிமையான கணக்குகளையே தீர்க்கக்கூடியதாக இருந்தது. இந்த கூட்டல் இயந்திரங்கள் பாப்பேஜ் கனவு கண்ட நுட்பமான கணிப்பொறி போன்றதாய் இல்லை. 

பின்னர், மின்சாரம் பயன்பாட்டிற்கு வந்தது. கடிகாரவேலையை விட மின்சக்தி கையாள எளியதாக இருந்தது. மின்சார ஓட்டத்தை மிக ... ரோபோ........ எளிதாகவும் வேகமாகவும் கட்டுப்படுத்தி அதனை பாய செய்யவும் முடியும், தடுத்து நிறுத்தவும் முடியும். அது பாயும் பொழுது, காந்த புலனை உண்டாக்கும். அதை வைத்து சுவிட்சை (மின்விசை மாற்றுகுமில்) திறக்கவும் மூடவும் முடியும். இது கடிகாரவேலை செய்தவற்றை எல்லாம் செய்யும், ஆனால் அதைவிட வேகமாகவும் திட்டமாகவும் செய்யும். 

1880இல் ஹெர்மன் ஹோல்லேறித் (1860-1929) என்னும் அமெரிக்க கண்டுபிடிப்பாளர், மக்கள் தொகை கணக்கெடுப்பின் 

Atidie Boots 

ஹோல்லரிட்டின் பஞ்ச் கார்டு 

மூலம் சேகரிக்கப்பட்ட புள்ளியியல் விவரங்களை கையாள ஒரு வழி கண்டுபிடித்தார். அவர், பல துவாரங்கள் துளையிடப்பட்ட கடினமான அட்டைகள் பயன்படுத்தினார். ஒவ்வொரு துவாரத்தின் இருப்பும் ஒவ்வொரு வகையான புள்ளிவிவரத்தை குறிக்கும் வகையில் அமைந்தது. மின்சாரம் அந்த துவாரத்தின் வழியே கடந்து செல்ல இயலும், ஆனால் அந்த அட்டையின் வழியாக செல்ல இயலாது. மின்சாரம் ஓட்டத்தினை வைத்து தகவல்களை தானாக சேகரித்து கணிதத்தை தீர்க்கவும் முடிந்தது. 

ஹோல்லேறித் தன் கண்டுபிடிப்பை மேம்படுத்தி, 1896இல் 

"டேபுலேட்டிங் மஷீன் கம்பனி" என்று ஒன்றை நிறுவினார். அது 

பெரிதாக வளர்ந்து, கொஞ்சம் கொஞ்சமாக அதன் பெயரை, இன்டர்நேஷனல் பிசினஸ் மெஷீன்ஸ் அல்லது ஐ.பி.எம். என்று மாற்றம் செய்தனர். இந்த ஐ.பி.எம் நிறுவனமே உலகின் மிக பெரிய கணிப்பொறி நிறுவனம் ஆகும். 

வெறும் மின்சாரம் மட்டும் ரோபோவிற்கு ஏற்ற வேகம் கொண்டதாய் இல்லை. அட்டைகள் மற்றும் சுவிட்சுகள் பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை எளிதாகவும் வேகமாகவும் கட்டுபடுத்த முடியவில்லை . 

என்றபோதிலும், மின்சாரத்தை வெற்றிடத்தின் வழியே செலுத்தினால், அது "எலக்ட்ரான்" எனப்படும் மிகச்சிறிய துகள்களாக கடந்து செல்லும். 1904இல் ஜான் அம்ப்ரோஸ் பிளெம்மிங் | என்னும் பிரிட்டிஷ் பொறியாளக் காற்று வெளியேற்றப்பட்|ஒரு கண்ணாடி காலன் வழியாக எலக்ட்ரான் வெள்ளத்தை உட்புகுத்தி, அந்த எலக்ட்ரான் வெள்ளத்தை சாதாரண மின்சாரத்தை விட மிக மென்மையாகவும், வேகமாகவும், எளிமையாகவும் கட்டுப்படுத்த முடியும் என்று காண்பித்தார். 

அப்படிப்பட்ட கலன்கள், அமெரிக்காவில் "குழல்" (ட்யூப் ) என்றழைக்கப்பட்டது. மேலும் இதுவே முதல் மின்னணு சாதனம்" ஆகும். இந்த குழல்கள் அதிவேகமாக வளர்ச்சியடைந்தது. மேலும் அது பல்வேறு வகைகளில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது. முதன் முதலில் அதன் பயன்பாடு வானொலியில் இருந்ததால் அது "வானொலி குழல்" (ரேடியோ ட்யூப்) என்று பரவலாக அழைக்கப்பட்டது. 

கணக்கிடும் இயந்திரங்களை இந்த குழல்களை பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை கட்டுபடுத்தும் விதமாக உருவாக்க முடியுமா என வன்னேவர் புஷ் (1890-1974) என்னும் அமெரிக்க பொறியாளர் ஒருவர் சிந்திக்கலானார். பாப்பேஜ் கனவுகண்ட அதே வகையான கணக்கிடும் கருவியை உருவாக்குவதற்கான திட்டத்தை கண்டுபிடித்தார். மேலும் 1925 இல், ஒன்றை உருவாக்கவும் செய்தார். பாப்பேஜின் இயந்திரம் உருவாக்கப்பட்ட காலத்திற்கு பிறகு அந்த இயந்திரத்திற்கான பாகங்களை உருவாக்கும் தொழில்நுட்பம் பெரிதளவில் வளர்சியடைந்ததால் புஷ்ஷிற்கு வெற்றி கிடைத்தது. இது தவிர இந்த இயந்திரம் கையினால் இயற்றப்படாமல் மின்சக்தியினால் இயற்றப்பட்டது. 

புஷ்ஷின் இயந்திரத்திற்கு நினைவுத்திறன் இருந்தது. அது சிக்கலான கட்டளைகளையும் ஏற்கும் தன்மையுடையதாய் இருந்தது. அதற்கான செயல்திட்டங்களை (program) எந்த நேரத்திலும் மாற்றலாம். அதுவே நடைமுறைபடுத்தப்பட்ட முதல் கணிப்பொறியாகும். 

இருந்தபோதிலும், புஷ்ஷின் இயந்திரம் பெரும்பாலும் கடிகாரவேலை கொண்டதாகவே இருந்தது. 1946இல், ஜான் வில்லியம் மௌக்லீ இரண்டு அமெரிக்க பொறியாளர்கள் மின்சக்தியை முழுக்க முழுக்க குழல்களால் கட்டுப்படுத்தி ஒரு கணிப்பொறி செய்துமுடித்தனர். அவர்கள் அதை எலக்ட்ரானிக் நூமெரிக்கல் இன்டகிரேட்டார் அண்ட் கால்குலேடர் (மின்னணு எண்ணியல் ஒருங்கினைப்பு மற்றும் கணக்கீடு கருவி) என்று அழைத்தனர். சுருக்கமாக அது எனியாக் என்றழைக்கப்பட்டது. மேலும் அதுவே உலகின் முதல் "மின்னணு கணிப்பொறி" ஆகும். மனிதன் அப்போதைய காலத்தில் தானறிந்த கணக்கீடு கருவிகளை பார்க்கிலும் எனியாக் ஆயிரம் மடங்கு வேகமாக கணக்குகளுக்கு விடை காணும் திறன் கொண்டிருந்தது. 

இந்த கணிப்பொறிகளின் வளர்ச்சி அதி வேகமாயிருந்தது. உதாரணமாக, கணிப்பொறியின் நினைவகத்தில் (மெமரி) எண்ணற்ற செயல்திட்டங்களை (ப்ரோக்ராம்கள்) சேமித்துவைக்க முடிந்தது. அதன் மூலம் ஒவ்வொரு முறையும் நமக்கு தேவையான நேரத்தில் செயல்திட்டத்தை மாற்ற கஷ்டப்பட தேவையில்லை. நாம் ஏதாவது ஒரு வகையை தேர்வு செய்தால் போதும். இயந்திரம் தானாகவே ஒன்றிலிருந்து மற்றொரு செயல்திட்டத்திற்கு மாறிவிடும். 

1951இல் மௌக்லீ மற்றும் எக்கர்ட் என்பவர்கள் யுநிவாக் (யூனிவெர்சல் ஆட்டோமாடிக் கம்ப்யூட்டர்) என்னும் ஒரு மேம்படுத்தப்பட்ட மின்னணு கணிப்பொறியை உருவாக்கினார்கள். அதுவே வணிக 

ரீதியாக விற்பனை செய்யப்பட்ட முதல் கணிப்பொறியாகும். 

இந்த சமயத்தில் தான் இளம் ஜோசப் எஃப். எங்கெல்பெர்கர் ரோபோக்கள் மீது ஆர்வம் கொண்டார். அதன்பின் ரோபோக்கள் வெறும் கனவாக மட்டும் இருக்கவில்லை. அப்பொழுது மின்னணு கணிப்பொறி இருந்ததால் ரோபோக்களுக்கு தேவையான செயல்திட்டங்கள் கிடைத்திருக்கும். 

1954இல் ஜார்ஜ் சி. டேவோல், ஜூர். என்னும் அமெரிக்க பொறியாளர் கணிப்பொறியால் இயங்கும் ரோபோவிற்கான முதல் காப்புரிமையை பெற்றார். அவர் தனது இயந்திர அமைப்பிற்கு "யூனிவெர்சல் ஆடோமேஷன்" (பொதுவான தானியங்கல்) அல்லது சுருக்கமாக யூனிமேஷன் என்று அழைத்தார். 

1956இல் எங்கெல்பெர்கர் ஒரு விருந்தில் டேவோலை எதேர்ச்சையாக சந்திக்க நேர்ந்தது. பின்னர், அவர்கள் இணைந்து யூனிமேஷன் தொழிலிணையம் துவங்கினர். டேவோல் ரோபோக்கள் வடிவமைப்பார். எங்கெல்பெர்கர் வர்த்தகம் தொடர்பானவற்றை கையாளுவார். 

ஆரம்ப காலத்தில், அவர்களது கேள்வி ரோபோக்களை மனிதனை போன்று தோற்றம் கொண்டு அசிமோவ் ரோபோக்கள் போல எல்லாவற்றையும் செய்யக்கூடியதாக ஒன்றினை உருவாக்குவதில் இல்லை. அவர்கள் ஒரு இயந்திர மனிதனை உருவாக்காமல், எளிமையான இயந்திர கரங்களே உருவாக்க வேண்டியதாயிருந்தது. அந்த கரங்கள், குறிப்பிட்ட சில வகையான சிக்கலான அசைவுகளை செய்ய அறிவுறுத்த படுமாயின், அவைகளை இயந்திரங்கள் பொருத்தும் பட்டறையில் நிறுவ முடியும். 

அவ்வாறான பொருத்தும் பட்டறைகளில், கருவிகள், வரிசையாக இருக்கும் பல தொழிலாளர்களை கடந்து செல்லும். அந்த வரிசையில் இருக்கும் ஒவ்வொரு தொழிலாளர்களும் பாகங்கள் சேர்ப்பது, அதை பொருத்துவது, மெருகேற்றுவது, அல்லது பூட்டுவது போன்ற ஒவ்வொரு குறிப்பிட்ட வேலை செய்வர். அந்த கருவி, பொருத்தும் பட்டறையின் முடிவில் வரும்போது அது முழுமை பெற்றிருக்கும். ஒவ்வொரு தொழிலாளரும் ஒவ்வொரு வேலை செய்வார். ஒருவேளை ஒவ்வொரு ரோபோ கரமும் அந்த வேலையை செய்யுமாறு அறிவுறுத்த படுமாயின், அந்த வேலையை மனிதருக்கு பதிலாக ரோபோ செய்யும். ரோபோ அந்த வேலைகளை மிகவும் துல்லியமாகவும், அலுப்படையாமலும், சலிப்படையாமலும், பசியோ தூக்கமோ இல்லாமலும் செய்து முடிக்கும். தொழிலாளர்களோ திரும்ப திரும்ப செய்யவேண்டிய வேலையை செய்வதற்கு பதிலாக இர்வமூட்டக்கூடிவேறு தொவது வேலை செய்யலாம்.OOKS 

அப்படிப்பட்ட ரோபோ "தொழில் துறை ரோபோ" என்றழைக்கப்பட்டது. ஏனென்றால், இது தொழிற்சாலைகளில் பயன்படுத்தப்பட்டது. மேலும், எங்கெல்பெர்கரும் டேவோலும் இந்த வகையான ரோபோக்களையே முதலில் குறிக்கோளாய் கொண்டிருந்தனர். 

யூனிமேஷன் தொழிலிணையம் உருவாக்கிய ரோபோக்கள் வேலை செய்தது. ஆனால் அவற்றை விற்பனை செய்ய முடியவில்லை. ஏனென்றால், அவை அதிக விலை உள்ளதாய் இருந்தது. கணிப்பொறிகள் நன்றாய் இருந்தாலும், அவைகள் மிகவும் பெரியதாய் இருந்தது. அதற்கு தேவையான ஆற்றலும் மிகவும் அதிகமாய் இருந்தது. அதனால் யாராலும் தங்கள் வழிநடத்தலில் செயல்படும் ரோபோவை வாங்க முடியவில்லை. அவற்றை வைக்க தேவையான இட வசதியும் எவரிடமும் இல்லை . இருந்தாலும் எங்கெல்பெர்கருக்கு கணிப்பொறிகள் சிறியதாகவும்  

மலிவானதாகவும் கிடைக்குமளவிற்கு வளர்ச்சியடையும் என்ற நம்பிக்கை இருந்தது. மேலும், அவர் எண்ணியது போலவே அவைகள் வளர்ச்சியடைந்தன. 

1948இல் "டிரான்சிஸ்டர்" எனப்படும் திரிதடையம் உருவாக்கப்பட்டது. இது ஜெர்மானியம் அல்லது சிலிக்கான் போன்ற உலோகத்தினாலான சிறு திடப்பொருள் கொண்டிருக்கும். மேலும் சில பொருட்கள் சேர்த்து உருவாக்கப்படும் இந்த திரிதடையம் வெற்றிட- குழல் செய்யும் அதே வேலையை செய்யும். இந்த திரிதடையம் ஒரு "திட நிலை சாதனமாகும். 

வெற்றிட- குழல் மிகவும் பெரியது. மேலும் அது உடையக்கூடிய கண்ணாடியால் ஆனது. அதனுள் வெற்றிடமே இருப்பதால் காற்று உள்ளே கசிந்து செல்லும். அதனுள் இருக்கும் மின்கம்பி சூடாக்கப்பட வேண்டும். அது நிறைய நேரமும் அதிக சக்தியும் எடுக்கும். திரிதடையங்கலோ சிறியது. உடைக்கமுடியாதது, கசியாதது. மேலும் அது வேலை செய்ய நேரமே எடுக்காது, மிகவும் குறைந்த சக்தியே எடுக்கும். 

முதலில் திரிதடையங்கள், உருவாக்க கடினமானதாகவும், விலை உயர்ந்ததாகவும், நம்பகதன்மையற்றதாகவும் இருந்தது. அனால், விரைவிலையே விஞ்ஞானிகள் அதனது உற்பத்தி முறையை எவ்வாறு 

மேம்படுதுவதெனகற்றுக்கொண்டனர். திரிதடையங்கள் சிறியதாகவும், மலிவானதாகவும் ஆனது. மேலும் அவை படிப்படியாக மேம்படவும் 

செய்தது. 

1960களில் பொறியாளர்கள் கணிப்பொறியில் குழல்களுக்கு மாற்றாக திரிதடையங்களை உபயோகிக்க துவங்கினர். இதனால் கணிப்பொறி, உடனே சிறியதாகவும் மலிவானதாகவும் ஆனது. மேலும் விஞ் ஞானிகள், திரிதடையங்களின் இடையேயான இனைப்புகள் அல்லது மின்னணுசுற்றுபாதைகளுக்கான இடத்தை எவ்வாறு சிக்கனப்படுதுவது எனவும் கற்றுக்கொண்டனர். அவர்கள் ஒரு சிறிய மெல்லிய சதுர சிலிகானிலிருந்து (ஒரு "சிப்") துவங்கி, அதன் மேற்பரப்பை சிறு பாகங்களாக செதுக்குவார். அதில் ஒவ்வொன்றும் ஒரு மின்னணு சுற்றுப்பாதையில் உள்ள வெவ்வேறு பாகங்களாக செயல்படும். 

இவை எல்லாவற்றையும் மிகவும் சிறியதாக செய்ய முடிந்தது. அதனால் 1970களில் மக்கள் "மைக்ரோ சிப்ஸ்" பற்றி பேச ஆரம்பித்தார்கள். எனியாக்கிற்கு இணையானது ஒரே ஒரு சிப்பிலிருந்து செதுக்கிவிடலாம். கனிப்பொறியானது சில டாலர்களே விலை கொண்டிருக்கும் அளவிலும், ஒருவரின் மேல் சட்டை பையிலோ சிறிய பணப்பையினுல்லோ செல்லும் அளவிலும், சிறி ய தாய் செய்யபட்டது. இருந்த போதிலும் , IT 

Ook அவை முந்தி இருந்தி அறைகளை அடைக்கும் கணிப்பொறிகளைவிட வேகமானதாகவும் சக்தி வாய்ந்ததாகவும் இருந்தது. 

மைக்ரோசிப் பெரிதாக்கப்பட்டது யூ னி மேஷன் தொழிலிணையத்தில் இவ்வளவு சிறிய கணிப்பொறியை பயன்படுத்தமுடியாமல் போனாலும், அவர்கள் பயன்படுத்திய கணிப்பொறி, விலையை நியாயமானதாக ஆக்கும் அளவிற்கு போதுமான அளவு சிறியதாகவும், மலிவானதாகவும், நல்லதாகவும் இருந்தது. இறுதியாக, 1975இல் லாபம் பெரும் அளவிற்கு ரோபோக்களை விற்க துவங்கினர். அதன்பின்னர், ஒவ்வொரு வருடமும் அவர்கள் மேலும் மேலும் அதிகதிக ரோபோக்களை விற்றனர். அதனால் எங்கெல்பெர்கர் பல மடங்கு கோடீஸ்வரர் ஆனார். 

பிற நிறுவனங்களும் தொழில் துறை ரோபோக்களை உருவாக்க துவங்கிய போதிலும், யூனிமேஷனே அவைகளில் மிக முக்கியமானதாய் திகழ்ந்தது. அதுவே நடைமுறையில் உள்ள தொழில்துறை ரோபோக்களில் மூன்றில் ஒரு பங்கை உருவாக்குகிறது. 

இப்பொழுது பல்லாயிரக்கணக்கான தொழில் துறை ரோபோக்கள் உலகில் உள்ளது. மேலும் அதன் எண்ணிக்கை வருடந்தோறும் அதிகரித்து கொண்டே செல்கிறது. அவற்றில் பாதிக்கும் மேலானவை ரோபோக்கள் மயமாவதில் அதிக ஆர்வம் கொண்ட ஜப்பானில் இருக்கிறது. அமெரிக்காவோ மிகவும் எச்சரிக்கையாயிருக்கிறது. ரோபோக்களின் துவக்கம் இங்கே இருந்தாலும் அதன் பயன்பாட்டில் இது இரண்டாம் இடமே வகிக்கிறது. 

Reynolds Number

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/reynolds-number

Reynolds Number

The Reynolds number gets its name from Osborne Reynolds, who proposed it in 1883 when he was 41 years old. It is a dimensionless number that expresses the ratio between inertial and viscous forces. This set of dimensions often occurs when one is performing a dimensional analysis of fluid flow as well as in heat transfer calculations.

The number in relation to flow defines the type of flow. There are several types of flow with a low Reynolds number (Re) when the viscous forces are dominant. This is characterized by smooth, more or less constant fluid flow. As the Reynolds number gets higher, the inertial forces begin to dominate and the flow then becomes turbulent. This flow is characterized by flow fluctuations such as eddies and vortices.

The transition from laminar to turbulent does not occur at a specific number. It is gradual over a range where the types of flow are mixed up and in general the Reynolds number becomes indeterminate as far as being a reliable indicator as to what happens in the pipe or conduit. This range is not specific, but in general is Re > 2000 < 5000.

In its simplest form for flow in pipes the Reynolds number is

(4.1)$R_t=\frac{VD}{v}$

where

V is the velocity, ft/sec or m/sec

D is the internal diameter of pipe, ft or m

v is the appropriate kinematic viscosity, SI or USC

Since we know the relationship of dynamic viscosity to kinematic viscosity, Eq. (4.1) can be rewritten in terms of the dynamic viscosity as

(4.2)$R_t=\frac{\rho VD}{\mu }$

where one just substitutes the density and dynamic viscosity. Since you need to know the density to use this equation it is simpler to compute the kinematic viscosity and use Eq. (4.1). As always, it is prudent to keep consistent measurement systems.

Dr.Boyun Guo, Dr.Ali Ghalambor, in Natural Gas Engineering Handbook (Second Edition), 2005

11.2.1.2 Reynolds Number

The Reynolds number (NRe) is defined as the ratio of fluid momentum force to viscous shear force. The Reynolds number can be expressed as a dimensionless group defined as

(11.5)$N_{Re}=\frac{Du\rho }{\mu }$

where

D = pipe ID, ft

u = fluid velocity, ft/sec

ρ = fluid density, lbm/ft3

μ = fluid viscosity, lbm/ft-sec

The Reynolds number can be used as a parameter to distinguish between laminar and turbulent fluid flow. The change from laminar to turbulent flow is usually assumed to occur at a Reynolds number of 2,100 for flow in a circular pipe. If U.S. field units of ft for diameter, ft/sec for velocity, lbm/ft3 for density and centipoises for viscosity are used, the Reynolds number equation becomes

(11.6)$N_{Re}=1,488\frac{Du\rho }{\mu }$

If a gas of specific gravity γg and viscosity μ (cp) is flowing in a pipe with an inner diameter D (in) at flow rate q (Mcfd) measured at base conditions of Tb (°R) and pb (psia), the Reynolds number can be expressed as:

(11.7)$N_{Re}=\frac{711p_{b}q{\gamma }_g}{T_{b}D\mu }$

As Tb is 520 °R and pb varies only from 14.4 psia to 15.025 psia in the United States, the value of 711pb/Tb varies between 19.69 and 20.54. For all practical purposes, the Reynolds number for natural gas flow problems may be expressed as

(11.8)$N_{Re}=\frac{20q{\gamma }_g}{\mu D}$

where

q = gas flow rate at 60 °F and 14.73 psia, Mcfd

γg = gas-specific gravity (air = 1)

μ = gas viscosity at in-situ temperature and pressure, cp

D = pipe diameter, in

Francesca Bragheri, ... Roberto Osellame, in Three-Dimensional Microfabrication Using Two-photon Polymerization, 2016

2.1 Flow Laminarity

The Reynolds number is the most important among the dimensionless parameters in forced flows and, being defined as the ratio of inertial to viscous force densities, it allows identifying the laminar or turbulent flow regime. Viscous forces arise from gradients in viscous stress and can be expressed as follows:

(12.3.4)$f_{\text{v}}\sim \frac{\eta v_0}{L_0^2}$

where v0 is the fluid velocity and L0 is the typical length scale of a microchannel (e.g., the diameter of a circular cross-section microchannel). Inertial forces are instead due to the variation of the fluid state of motion and can be expressed by the following relation:

(12.3.5)$f_{\text{i}}\sim \frac{\rho v_0^2}{L_0}$

The Reynolds number can be then expressed as follows:

(12.3.6)$\text{Re}=\frac{f_{\text{i}}}{f_{\text{v}}}=\frac{\rho v_0{L}_0}{\eta }$

The flow regime is typically divided in three cases on the basis of the value of the Reynolds number: for $\text{Re}<2000$ the flow is laminar; for $\text{Re}>3000$ the flow is turbulent, while for $\text{Re}\approx 2000–3000$ the flow falls in an intermediate regime. In microfluidics typical values of the Reynolds number are in the range $\sim {10}^{-2}\text{to}{10}^{-3}$, thus confirming that inertial forces are irrelevant with respect to viscous ones and allowing the use of Eq. (12.3.3), since nonlinear terms can be neglected for such low values. The laminar flow, described as the parallel flow of infinitesimal layers without mixing (see Fig. 12.3.1), replaces the turbulent flow common at the macroscopic scale, where Reynolds number assumes much larger values.

*******************

Bastian E. Rapp, in Microfluidics: Modelling, Mechanics and Mathematics, 2017

9.9.8 Reynolds Number

The Reynolds number is one of the most important dimensionless quantities in microfluidics. It correlates the inertia forces to the viscous forces. The Reynolds number was first described by Reynolds in 1883 [5], although others have used the quantity before, e.g., Stokes [6]. It is defined as

(Eq. 9.20)$\text{Re}=\frac{\rho \upsilon L_{\text{char}}}{\eta }=\frac{\upsilon L_{\text{char}}}{v}=\frac{\text{inertia}\text{forces}}{\text{viscous}\text{forces}}=\frac{\text{Pe}}{\text{Se}}$

The Reynolds number is important for describing the transport properties of a fluid or a particle moving in a fluid. As an example, for very small organism, e.g., bacteria, the Reynolds number is very small, typically in the range of 1 × 10−6. Given the small dimensions, these objects do not have a significant inertia and are thus mainly driven by the viscous forces of the fluid. For such objects, a fluid would feel significantly more rigid, i.e., it would be difficult for a bacteria to force a path through a moving fluid not following the streamlines. As the objects grow larger, their inertia starts to dominate over the viscous forces. For most fish, the Reynolds number is in the range of 1 × 105, for a human it is in the range of 1 × 106. At higher Reynolds numbers, an object is able to force its way through a flow field even across the streamlines. A good example is a large vessel or ship (with Reynolds numbers in the range of 1 × 109) compared to a folded origami or paper boat: the large vessel can force its way through the current and the waves, whereas the light paper boat would not be able to do so. Rather it has to stay with the streamline and will be dragged along.

As the Reynolds number is so important for microfluidics, we will detail its meaning and application when discussing the concept of dimensional analysis in section 11.8.3.

********************

Vertical Axis Wind Turbines

Robert Whittlesey, in Wind Energy Engineering, 2017

10.3.6 Blade Reynolds Number

The Reynolds number is a commonly used nondimensional parameter in fluid mechanics, which describes the ratio of inertial forces to viscous forces. In the context of VAWTs, the Reynolds number is defined using the kinematic viscosity of the air, the freestream velocity of the wind, and the chord length of the blade as follows:

$\mathrm{Re}=\frac{c\cdot U_{\infty }}{\nu }$

where c is the chord length, $U_{\infty }$ is the freestream velocity of the wind, and $\nu$ is the kinematic viscosity. Using this definition of the Reynolds number, Kirke suggests that low Reynolds numbers contribute to difficulty in the self-starting of a VAWT. Hence larger Reynolds numbers are desired. Additional research in this area by Brusca et al. found a similar result: increasing the Reynolds number increased the power coefficient of a given VAWT [18].

In practice, this advice is synonymous with ensuring that (1) the wind velocity magnitude is high and (2) the blade chord, which is proportional to the blade area, is large. However, it is not clear if the fault is in the wind velocity or if there is actually a Reynolds number dependence on performance (e.g., transition to turbulence or drag buckets).

*************************

Aerodynamic characteristics of wind turbine blade airfoils

W.A. Timmer, C. Bak, in Advances in Wind Turbine Blade Design and Materials, 2013

4.4.2 The effect of the Reynolds number

The Reynolds number is a scaling parameter and basically gives the ratio of the mechanical forces in the flow (associated with velocity and mass or density of the fluid) and the viscous forces (viscosity). It is defined as

[4.6]$\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{\rho Vc}}{\mu }$

V is the test section velocity, c is the model chord, p is the density of the fluid and u is the dynamic viscosity of the fluid. The ratio μ/ρ is called v, the kinematic viscosity, also depending on the fluid density and temperature. For dry air at standard sea level conditions the value of v is 14.6 × 10–6. The higher the Reynolds number, the lesser the viscosity plays a role in the flow around the airfoil.

With increasing Reynolds number the boundary layer gets thinner, which results in a lower drag. Increasing the Reynolds number also has a destabilizing effect on the boundary layer flow, which results in the transition location moving towards the leading edge, leading to a turbulent boundary layer over a longer part of the airfoil surface. The net effect is a lower drag but a smaller low-drag range of angles of attack. This implies that the maximum lift–drag ratio will increase, but that the design lift coefficient will have a lower value.

*********************

Basic Flow Measurement Laws

Paul J. LaNasa, E. Loy Upp, in Fluid Flow Measurement (Third Edition), 2014

Reynolds Number

The Reynolds number is a useful tool for relating how a meter will react to a variation in fluids from gases to liquids. Since an impossible amount of research would be required to test every meter on every fluid we wish to measure, it is desirable that a relationship between fluid factors be known. Reynolds’ work in 1883 defines these relationships through his Reynolds number, which is defined by the equation:

(2.6)$\mathrm{Re}=\frac{\rho \mathrm{Dv}}{\mu }$

where:

Re=Reynolds number, a dimensionless number;

ρ=density of the fluid;

D=diameter of the passage way;

v=velocity of the fluid;

μ=viscosity of the fluid.

Note: All parameters are given in the same units, so that when multiplied together they all cancel out, and the Reynolds number has no units. Units in the pound, foot, second system are shown below:

Re=no units;

ρ=#/cubic feet;

D=feet;

v=feet/sec;

μ=#/foot-sec.

Based on Reynolds’ work, the flow profile (which affects all velocity-sensitive meters and some linear meters) has several important values. At values of 2,000 and below, the flow profile is bullet-shaped (parabolic). Between 2,000 and 4,000 the flow is in the transition region. At 4,000 and above the flow is in the turbulent flow area and the profiles are fairly flat. Thus, calculation of the Reynolds number will define the flow velocity pattern and approximate limits of the meter’s application. To completely define the meter’s application there must be no deformed profiles, such as after an elbow or where upstream piping has imparted swirl to the stream.

These effects will be further discussed in the sections covering the description and application of different meters, in Chapters 8, 9, and 10Chapter 8Chapter 9Chapter 10, and the equations will be covered more thoroughly later in this book.

These equations can be combined and rewritten in simplified forms. However, it is important to recognize the assumptions which have been made, so that if a metering situation deviates from what has been assumed, a “flag will go up” to indicate that the effect of Reynolds number must be evaluated and treated.