Calculadora do número de Knudsen

O número de Knudsen é uma razão adimensional que compara o livre caminho médio de uma molécula de gás com um comprimento físico representativo do sistema. Ele é expresso por Kn = livre caminho médio dividido pelo comprimento característico. O livre caminho médio é a distância média percorrida entre colisões. O comprimento característico pode ser a largura de um canal, o diâmetro de uma partícula, a garganta de um bocal, uma dimensão de uma nave espacial ou outra escala que controle o escoamento. Como as grandezas usam a mesma unidade, as unidades se cancelam. A razão indica se a mecânica dos fluidos convencional de meios contínuos é adequada. Abaixo de 0.01, as colisões intermoleculares dominam e o gás geralmente se comporta como um contínuo. Entre 0.01 e 0.1 surge o escoamento com deslizamento, e pode deixar de ser válido supor velocidade exatamente zero em uma parede sólida. De 0.1 a 10, o comportamento de transição exige modelos de gases rarefeitos ou métodos cinéticos. Acima de 10, as colisões com as fronteiras predominam sobre as colisões entre moléculas, caracterizando o escoamento molecular livre. Esses limites são convenções úteis de engenharia, não mudanças físicas abruptas. Geometria, acomodação na superfície, gradientes de temperatura e precisão exigida podem alterar a escolha do modelo. O comprimento característico também deve representar o fenômeno estudado. Um microcanal costuma usar o diâmetro hidráulico ou a altura do canal, enquanto um problema de escoamento externo pode usar o comprimento do corpo. Escolher uma dimensão sem relação com o fenômeno pode gerar uma razão numericamente correta, mas fisicamente enganosa. O livre caminho médio varia com a pressão, a temperatura e o diâmetro de colisão molecular. Pressões menores geralmente o aumentam, tornando a rarefação mais importante. Isso explica por que sistemas de vácuo, veículos de grande altitude, dispositivos microeletromecânicos, transporte de aerossóis e processos de semicondutores costumam operar fora do regime contínuo. Insira os dois comprimentos em metros ou converta-os antes de outra unidade comum. A calculadora divide os valores, apresenta a razão e aplica as faixas padrão de regime. Ela ajuda na seleção inicial do modelo, mas projetos detalhados devem usar propriedades e condições de contorno adequadas ao gás real.