Der Flüssigkeitsfluss in Rohren oder Geräten kann grob in zwei Regime eingeteilt werden – laminar und turbulent – deren Strukturen, Energieverbrauch und Transportleistungen sich deutlich unterscheiden.

1. Laminare (viskose) Strömung

   Tritt bei niedrigen Reynolds-Zahlen (Re < 2000) auf. Die Flüssigkeit bewegt sich in glatten, parallelen Schichten ohne makroskopische Vermischung zwischen ihnen; der Impuls-, Wärme- und Stofftransport in radialer Richtung erfolgt ausschließlich durch molekulare Diffusion. Viskose Kräfte dominieren, Energieverluste sind gering, aber die Transportraten sind langsam.

2. Turbulente Strömung

   Entsteht, wenn Re > 4000. Die Trägheit dominiert, die Bewegung wird instabil und es treten zufällige, dreidimensionale Wirbel auf. Diese Schwankungen verstärken den radialen Transport erheblich, was zu hohen Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten führt; sie erzeugen jedoch auch zusätzliche mechanische Energieverluste, die sich in größeren Druckabfällen und Geräuschen manifestieren.

3. Übergangsregime

   Für 2000 ≤ Re < 4000 ist die Strömung sehr empfindlich gegenüber Eintrittsbedingungen, Wandrauheit und äußeren Störungen. Sie kann vorübergehend laminar bleiben oder abrupt in Turbulenz umschlagen; die Ingenieurpraxis behandelt diesen Bereich daher als turbulent, um die Sicherheit zu gewährleisten.

4. Physikalische Bedeutung der Reynolds-Zahl

   Re = ρud/μ drückt das Verhältnis von Trägheits- zu Viskositätskräften aus:

   • ρu²/d stellt den Trägheitsterm dar, der die Flüssigkeit vorantreibt und Wirbel erzeugt;
   • μu/d² stellt den Viskositätsterm dar, der Geschwindigkeitsgradienten dämpft und die Strömung stabilisiert.

   Folglich impliziert ein höheres Re eine größere Neigung zu Instabilitäten und Turbulenzen.

5. Technische Implikationen
   • Rohre, Wärmetauscher und andere Geräte werden zunächst durch Schätzung von Re dimensioniert, um das geeignete Strömungsregime auszuwählen.
   • Turbulente Strömung ermöglicht kompaktere Designs, erfordert aber eine höhere Pump- oder Lüfterleistung.
   • Prozesse, die empfindlich auf laminare Bedingungen reagieren (z. B. Hochpolymerschmelzen, Präzisionsfiltration), müssen Re unterhalb des kritischen Wertes halten, um Scherungsabbau oder einen übermäßigen Druckanstieg durch Turbulenzen zu vermeiden.