AReynolds-szám (Re)az egyik legfontosabb dimenzió nélküli paraméter a folyadékmechanikában. Segít leírni a kapcsolatot a következők között:tehetetlenségi erők és viszkózus erőkáramló folyadékban, és általában annak meghatározására használják, hogy az áramlás megfelelő-elamináris, átmeneti vagy turbulens.

Ultrahangos áramlásmérés esetén a Reynolds-szám fontos, mivel az áramlási mód közvetlenül befolyásolja aa cső belsejében lévő sebességprofilMivel az ultrahangos áramlásmérő a folyadék sebességét egy akusztikus útvonal mentén méri, és ezt az információt használja fel az átlagos áramlási sebesség meghatározásához, a sebességprofil változásai befolyásolhatják a mérési pontosságot.

1. Mi a Reynolds-szám?

Egy csőben történő áramlás esetén a Reynolds-szám a következőképpen fejezhető ki:

Re = ρVD / μ

vagy:

Re = VD / ν

ahol:

• Re= Reynolds-szám
• ρ= folyadék sűrűsége
• V= átlagos áramlási sebesség
• D= cső belső átmérője
• μ= dinamikus viszkozitás
• ν= kinematikai viszkozitás

A Reynolds-szám dimenzió nélküli.

Általánosságban, kör alakú csőben történő áramlás esetén:

• Re < körülbelül 2300→ Lamináris áramlás
• Újra ≈ 2300–4000→ Átmeneti áramlás
• Újra > körülbelül 4000→ Turbulens áramlás

Ezek az értékek általános iránymutatások, nem pedig abszolút határértékek, mivel a tényleges áramlási viszonyok a cső geometriájától és a zavaroktól függően változhatnak.

2. Mi a különbség a lamináris és a turbulens áramlás között?

A fő különbség a sebesség eloszlásában rejlik a csőben.

Lamináris áramlás

Lamináris áramlás esetén a folyadék viszonylag rendezett rétegekben mozog.

A sebességprofil jellemzően hangsúlyosabb, a következőkkel:

• Alacsonyabb sebesség a csőfal közelében
• Nagyobb sebesség a középpont felé
• Egy viszonylag kiszámítható parabolikus sebességprofil

Egy egyszerűsített ábrázolás a következő:

Fal → Alacsony sebesség → Nagy sebesség → Alacsony sebesség → Fal

Turbulens áramlás

Turbulens áramlás esetén a folyadék mozgása sokkal szabálytalanabb.

A kismértékű ingadozások és a keveredés miatt a sebességprofil ellaposodik a lamináris áramláshoz képest.

Ez azt jelenti, hogy a csőben mért sebességeloszlás jelentősen változik a Reynolds-számmal.

3. Miért fontos ez egy ultrahangos áramlásmérő számára?

Az ultrahangos áramlásmérő nem méri közvetlenül a csövön áthaladó folyadék teljes térfogatát.

Ehelyett azt méri, hogya folyadék sebességeés ezután kiszámítja a térfogatáramot.

Egyszerűsített formában:

Q = V × A

ahol:

• Q= térfogatáram
• V= átlagos áramlási sebesség
• A= cső keresztmetszeti területe

A kihívás az, hogy az ultrahangos akusztikus útvonal mentén mért sebesség nem feltétlenül egyezik meg pontosan a teljes csőben mért átlagsebességgel.

Ezért a műszernek figyelembe kell vennie a mért akusztikus sebesség és a tényleges átlagos áramlási sebesség közötti kapcsolatot.

Ezt a kapcsolatot erősen befolyásolja a sebességprofil.

4. Hogyan változtatja meg a Reynolds-szám a sebességprofilt?

Vegyünk két esetet.

Alacsony Reynolds-szám

Alacsony Re értéknél az áramlás lamináris lehet.

A sebességprofil erősen görbült:

Középsebesség > Átlagsebesség > Falközeli sebesség

Ha az ultrahangos akusztikus út a cső egy adott régióján halad át, a mért sebesség jelentősen eltérhet a keresztmetszeti átlagsebességtől.

Magas Reynolds-szám

Magasabb Re értéknél az áramlás turbulenssé válik.

A keverés általában laposabb sebességprofilt eredményez, bár a sebesség a csőfal felé haladva továbbra is csökken.

Az akusztikus útsebesség ezért eltérő összefüggésben állhat az átlagos csősebességgel.

Ez az egyik oka annak, hogy egy ultrahangos áramlásmérő nem feltételezheti egyszerűen, hogy egy mért sebességérték mindig ugyanannak az átlagos áramlási sebességnek felel meg.

5. Reynolds-szám és tranzitidő ultrahangos áramlásmérők

Az ultrahangos áramlásmérő áthaladási idejét méri a készülék az áramlási irányú felső és alsó ultrahangos áthaladási idők közötti különbséget.

Az alapvető összefüggés a következőképpen egyszerűsíthető:

Áramlási sebesség ∝ Áthaladási idő különbség

A mért sebesség az ultrahangos akusztikus út mentén mért sebességkomponenshez kapcsolódik.

A tényleges térfogatáram azonban a következőktől függ:átlagos sebesség a teljes cső keresztmetszetében.

Ezért a műszernek a mért akusztikus sebességet az átlagos áramlási sebességhez kell viszonyítania.

Ezt a kapcsolatot a következők befolyásolhatják:

• Reynolds-szám
• Akusztikus útvonal helye
• Akusztikai útvonalak száma
• Áramlási profil
• Csőátmérő
• Áramlási zavarok

6. Miért fontosabb a hatás alacsony áramlási sebességeknél?

Mivel:

Re = ρVD / μ

Amikor az áramlási sebesség csökken, a Reynolds-szám is csökken.

Például egy nagy áramlási sebességgel működő rendszerben teljesen kialakulhat a turbulens áramlás, míg ugyanaz a rendszer nagyon alacsony áramlási sebességgel megközelítheti az átmeneti vagy lamináris üzemmódot.

A sebességprofil tehát jelentősen megváltozhat az áramlási sebesség változásával.

Ez azt jelenti, hogy a következő kapcsolatok fennállnak:

Akusztikus útsebesség

és

Átlagos csősebesség

is változhat.

Egyes ultrahangos áramlásmérők esetében ez fontos szempont lehet nagyon alacsony áramlási sebesség vagy nagy viszkozitású folyadékok mérésekor.

7. Miért számít a folyadék viszkozitása?

A Reynolds-szám fordítottan arányos a viszkozitással:

Re = ρVD / μ

Ha a viszkozitás növekszik, a Reynolds-szám csökken azonos csőátmérő, sűrűség és áramlási sebesség mellett.

Például vegyünk két folyadékot, amelyek azonos sebességgel áramlanak ugyanazon a csövön keresztül:

Víz → Alacsony viszkozitás → Magasabb viszkozitás

Nehézolaj → Nagy viszkozitás → Alacsonyabb Re

A nehézolajnak sokkal hangsúlyosabb sebességprofilja lehet a nagyobb viszkozitása miatt.

Ezért ugyanaz az ultrahangos áramlásmérő eltérően viselkedhet különböző folyadékok mérésekor, még akkor is, ha a csőátmérő és az áramlási sebesség hasonló.

8. Miért függ össze az egyenes cső hossza a Reynolds-számmal?

A Reynolds-szám segít megmagyarázni, miért fontos a megfelelő egyenes csőhossz.

Könyök, szelep, reduktor vagy egyéb szerelvény behelyezése után az áramlási profil felborulhat.

Az áramlásnak elegendő távolságra van szüksége ahhoz, hogy stabilabb profil felé fejlődjön.

A fejlesztési folyamat olyan tényezőktől függ, mint:

• Reynolds-szám
• Csőátmérő
• Cső érdessége
• A zavar típusa
• Áramlási sebesség

Ha az ultrahangos áramlásmérőt túl közel szerelik fel egy áramlási irányú zavaró tényezőhöz, a mért akusztikus sebességet erősen befolyásolhatja az aszimmetrikus vagy örvénylő sebességprofil.

Ez mérési hibákat okozhat.

Ezért egy ultrahangos áramlásmérő tipikus telepítési útmutatója a következőket javasolhatja:

Felfelé irányuló egyenes cső ≥ 10D

Lefelé irányuló egyenes cső ≥ 5D

aholD a cső belső átmérője.

9. A magasabb Reynolds-szám mindig jobb pontosságot jelent?

Nem feltétlenül.

A magasabb Reynolds-szám általában turbulensebb áramlást jelez, de a mérési pontosság számos más tényezőtől is függ.

Ezek közé tartoznak:

• Áramlási profil
• Jelátalakító telepítése
• Cső állapota
• Egyenes csőhossz
• Jelminőség
• Akusztikai útvonal konfigurációja
• Folyadék tulajdonságai
• Mérőeszköz kalibrálása

Ezért a Reynolds-számot fontos tényezőnek kell tekinteni.áramlási feltétel paraméter, ahelyett, hogy az áramlásmérő pontosságának közvetlen mutatója lenne.

10. Miért kevésbé érzékenyek az áramlási profilra a többutas ultrahangos áramlásmérők?

Ez a többutas ultrahangos áramlásmérés egyik fontos előnye.

Egyetlen akusztikus útvonalon mérik a sebességet a cső egy korlátozott régiója mentén.

A többutas áramlásmérő több akusztikus útvonalat használ különböző pozíciókban.

Fogalmilag:

Egyetlen út

→ Egy akusztikus útvonal mentén méri a sebességet

Többutas

→ A cső több régiójából vesz mintát

A műszer ezeket a méréseket felhasználhatja a teljes sebességeloszlás jobb ábrázolására.

Ezért a többutas ultrahangos áramlásmérőket gyakran előnyben részesítik olyan alkalmazásokban, ahol:

• Az áramlási profil összetett
• Nagy pontosság szükséges
• A cső átmérője nagy
• Az áramlási zavarokat nehéz elkerülni

A Reynolds-szám hatással van az ultrahangos áramlásmérésre, mivel befolyásolja aáramlási rendszer és sebességprofil a csőben.

Az alapvető kapcsolat a következő:

Re = ρVD / μ

A Reynolds-szám változásával az áramlás lamináris, átmeneti és turbulens üzemmódok között válthat. Ez megváltoztatja a csőben mért sebességeloszlást, és ezáltal befolyásolja az ultrahangos akusztikus útvonal mentén mért sebesség és a tényleges átlagos áramlási sebesség közötti kapcsolatot.

A gyakorlati ultrahangos áramlásmérésnél a Reynolds-számot a következőkkel együtt kell figyelembe venni:

Áramlási sebesség + Folyadék viszkozitás + Csőátmérő + Áramlási profil + Egyenes cső hossza + Akusztikai útvonal konfigurációja

A Reynolds-szám megértése segít a mérnököknek jobban értékelniáramlási viszonyok, érzékelő telepítése, mérési bizonytalanság és az ultrahangos áramlásmérő alkalmassága egy adott alkalmazáshoz.