Calculateur du nombre de Knudsen

Le nombre de Knudsen est un rapport sans dimension qui compare le libre parcours moyen d'une molécule de gaz à une longueur physique représentative du système. Il s'écrit Kn = libre parcours moyen divisé par longueur caractéristique. Le libre parcours moyen est la distance moyenne parcourue entre deux collisions. La longueur caractéristique peut être la largeur d'un canal, le diamètre d'une particule, le col d'une tuyère, une dimension d'un véhicule spatial ou une autre échelle qui gouverne l'écoulement. Les deux grandeurs ayant la même unité, leurs unités s'annulent. Ce rapport indique si la mécanique classique des fluides continus convient. En dessous de 0.01, les collisions intermoléculaires dominent et le gaz se comporte généralement comme un milieu continu. Entre 0.01 et 0.1, un écoulement avec glissement apparaît : la vitesse à une paroi solide ne peut plus forcément être supposée exactement nulle. De 0.1 à 10, le régime de transition exige des modèles de gaz raréfiés ou des méthodes cinétiques. Au-delà de 10, les collisions avec les parois dominent celles entre molécules et l'écoulement est dit moléculaire libre. Ces limites sont des conventions d'ingénierie utiles, pas des changements physiques brusques. La géométrie, l'accommodation à la surface, les gradients de température et la précision requise peuvent influer sur le choix du modèle. La longueur caractéristique doit aussi représenter le phénomène étudié. Un microcanal utilise souvent son diamètre hydraulique ou sa hauteur ; un écoulement externe peut utiliser la longueur du corps. Une dimension sans rapport avec le phénomène peut produire un ratio numériquement correct, mais physiquement trompeur. Le libre parcours moyen varie avec la pression, la température et le diamètre de collision moléculaire. Une pression plus faible l'augmente généralement, renforçant la raréfaction. C'est pourquoi les systèmes à vide, les véhicules à haute altitude, les microsystèmes électromécaniques, le transport d'aérosols et la fabrication de semi-conducteurs sortent souvent du régime continu. Saisissez ici les deux longueurs en mètres ou convertissez-les d'abord depuis une autre unité courante. Le calculateur les divise directement, affiche le rapport et applique les plages standard. Il aide au choix initial du modèle, mais une conception détaillée doit utiliser les propriétés et conditions aux limites du gaz réel.