DeReynoldsgetal (Re)is een van de belangrijkste dimensieloze parameters in de vloeistofmechanica. Het helpt de relatie tussen te beschrijven.traagheidskrachten en viskeuze krachtenin een stromende vloeistof en wordt vaak gebruikt om te bepalen of de strominglaminair, overgangs- of turbulent.

Bij ultrasone stroommetingen is het Reynoldsgetal belangrijk, omdat het stromingsregime direct van invloed is op de meting.snelheidsprofiel in de pijpOmdat een ultrasone debietmeter de vloeistofsnelheid langs een akoestisch pad meet en die informatie gebruikt om de gemiddelde stroomsnelheid te bepalen, kunnen veranderingen in het snelheidsprofiel de meetnauwkeurigheid beïnvloeden.

1. Wat is het Reynoldsgetal?

Voor stroming in een pijp kan het Reynoldsgetal als volgt worden uitgedrukt:

Re = ρVD / μ

of:

Re = VD / ν

waar:

• Re= Reynoldsgetal
• ρ= vloeistofdichtheid
• V= gemiddelde stroomsnelheid
• D= binnendiameter van de pijp
• μ= dynamische viscositeit
• ν= kinematische viscositeit

Het Reynoldsgetal is dimensieloos.

In het algemeen geldt voor stroming in een ronde buis:

• Re < ongeveer 2300→ Laminaire stroming
• Re ≈ 2300–4000→ Overgangsstroom
• Re > ongeveer 4.000→ Turbulente stroming

Deze waarden zijn algemene richtlijnen en geen absolute grenzen, omdat de werkelijke stromingsomstandigheden kunnen variëren afhankelijk van de pijpgeometrie en verstoringen.

2. Wat is het verschil tussen laminaire en turbulente stroming?

Het belangrijkste verschil zit hem in de manier waarop de snelheid zich door de pijp verdeelt.

Laminaire stroming

Bij laminaire stroming beweegt de vloeistof in relatief geordende lagen.

Het snelheidsprofiel is doorgaans meer uitgesproken, met:

• Lagere stroomsnelheid nabij de pijpwand
• Hogere snelheid richting het centrum
• Een relatief voorspelbaar parabolisch snelheidsprofiel

Een vereenvoudigde weergave is:

Muur → Lage snelheid → Hoge snelheid → Lage snelheid → Muur

Turbulente stroming

Bij turbulente stroming is de vloeistofbeweging veel onregelmatiger.

Kleinschalige fluctuaties en menging zorgen ervoor dat het snelheidsprofiel vlakker wordt in vergelijking met laminaire stroming.

Dit betekent dat de snelheidsverdeling in de pijp aanzienlijk verandert met het Reynoldsgetal.

3. Waarom is dit belangrijk voor een ultrasone debietmeter?

Een ultrasone debietmeter meet niet direct het totale volume vloeistof dat door de leiding stroomt.

In plaats daarvan meet het desnelheid van de vloeistofen berekent vervolgens het volumestroomdebiet.

In vereenvoudigde vorm:

Q = V × A

waar:

• Q= volumestroom
• V= gemiddelde stroomsnelheid
• A= dwarsdoorsnede van de pijp

De uitdaging is dat de gemeten snelheid langs een ultrasoon akoestisch pad mogelijk niet exact gelijk is aan de gemiddelde snelheid over de gehele pijp.

Het instrument moet daarom rekening houden met de relatie tussen de gemeten akoestische snelheid en de werkelijke gemiddelde stroomsnelheid.

Deze relatie wordt sterk beïnvloed door het snelheidsprofiel.

4. Hoe beïnvloedt het Reynoldsgetal het snelheidsprofiel?

Laten we twee gevallen bekijken.

Laag Reynoldsgetal

Bij een laag Reynoldsgetal kan de stroming laminair zijn.

Het snelheidsprofiel is sterk gekromd:

Snelheid in het midden > Gemiddelde snelheid > Snelheid nabij de wand

Als het ultrasone akoestische pad door een bepaald gedeelte van de pijp loopt, kan de gemeten snelheid aanzienlijk afwijken van de gemiddelde snelheid in de dwarsdoorsnede.

Hoog Reynoldsgetal

Bij een hoger Reynoldsgetal wordt de stroming turbulent.

Door menging ontstaat doorgaans een vlakker snelheidsprofiel, hoewel de snelheid nog steeds afneemt richting de pijpwand.

De akoestische padsnelheid kan daarom een ​​andere relatie hebben met de gemiddelde pijpsnelheid.

Dit is een van de redenen waarom een ​​ultrasone debietmeter er niet zomaar vanuit kan gaan dat een gemeten snelheidswaarde altijd overeenkomt met dezelfde gemiddelde stroomsnelheid.

5. Reynoldsgetal en transittijd ultrasone debietmeters

Bij een ultrasone debietmeter die de transittijd meet, wordt het verschil tussen de ultrasone transittijd stroomopwaarts en stroomafwaarts gemeten.

De basisrelatie kan als volgt worden vereenvoudigd:

Stroomsnelheid ∝ Transittijdverschil

De gemeten snelheid is gekoppeld aan de snelheidscomponent langs het ultrasone akoestische pad.

De werkelijke volumestroom is echter afhankelijk van degemiddelde snelheid over de gehele dwarsdoorsnede van de pijp.

Het instrument moet daarom de gemeten akoestische snelheid relateren aan de gemiddelde stroomsnelheid.

Deze relatie kan worden beïnvloed door:

• Reynoldsgetal
• Locatie van het akoestische pad
• Aantal akoestische paden
• Stroomprofiel
• Pijpdiameter
• Stromingsverstoringen

6. Waarom is het effect belangrijker bij lage debieten?

Sinds:

Re = ρVD / μ

Als de stroomsnelheid afneemt, neemt ook het Reynoldsgetal af.

Een systeem dat bijvoorbeeld met een hoge stroomsnelheid werkt, kan een volledig ontwikkelde turbulente stroming vertonen, terwijl hetzelfde systeem bij een zeer lage stroomsnelheid het overgangs- of laminaire regime kan benaderen.

Het snelheidsprofiel kan dus aanzienlijk veranderen naarmate de stroomsnelheid verandert.

Dit betekent dat de relatie tussen:

Akoestische padsnelheid

En

Gemiddelde pijpsnelheid

kan ook veranderen.

Voor sommige ultrasone debietmeters kan dit een belangrijke overweging zijn bij het meten van zeer lage debieten of zeer viskeuze vloeistoffen.

7. Waarom is de viscositeit van een vloeistof belangrijk?

Het Reynoldsgetal is omgekeerd evenredig met de viscositeit:

Re = ρVD / μ

Als de viscositeit toeneemt, neemt het Reynoldsgetal af bij dezelfde pijpdiameter, dichtheid en stroomsnelheid.

Neem bijvoorbeeld twee vloeistoffen die met dezelfde snelheid door dezelfde pijp stromen:

Water → Lage viscositeit → Hogere Re

Zware olie → Hoge viscositeit → Lagere Re

Zware olie kan door zijn hogere viscositeit een veel uitgesprokener snelheidsprofiel hebben.

Daarom kan dezelfde ultrasone debietmeter zich anders gedragen bij het meten van verschillende vloeistoffen, zelfs als de pijpdiameter en de stroomsnelheid vergelijkbaar zijn.

8. Waarom is de lengte van een rechte pijp gerelateerd aan het Reynoldsgetal?

Het Reynoldsgetal helpt ook verklaren waarom een ​​voldoende lange rechte pijp belangrijk is.

Na een bocht, klep, verloopstuk of ander fittingstuk kan het stromingsprofiel verstoord raken.

De stroming heeft voldoende afstand nodig om zich te ontwikkelen tot een stabieler profiel.

Het ontwikkelingsproces is afhankelijk van factoren zoals:

• Reynoldsgetal
• Pijpdiameter
• Ruwheid van de pijp
• Soort verstoring
• Stroomsnelheid

Als de ultrasone debietmeter te dicht bij een stroomopwaartse verstoring wordt geïnstalleerd, kan de gemeten akoestische snelheid sterk worden beïnvloed door een asymmetrisch of wervelend snelheidsprofiel.

Dit kan meetfouten veroorzaken.

Daarom kan een typische installatiehandleiding voor een ultrasone flowmeter het volgende aanbevelen:

Stroomopwaartse rechte pijp ≥ 10D

Rechte pijp stroomafwaarts ≥ 5D

waarD is de binnendiameter van de pijp..

9. Betekent een hoger Reynoldsgetal altijd een betere nauwkeurigheid?

Niet per se.

Een hoger Reynoldsgetal duidt over het algemeen op een turbulentere stroming, maar de nauwkeurigheid van de meting hangt af van vele andere factoren.

Deze omvatten:

• Stroomprofiel
• Transducerinstallatie
• Pijpconditie
• Lengte van de rechte buis
• Signaalkwaliteit
• Configuratie van het akoestische pad
• Vloeistofeigenschappen
• Meterkalibratie

Daarom moet het Reynoldsgetal als een belangrijke factor worden beschouwd.stroomconditieparameter, in plaats van een directe indicator voor de nauwkeurigheid van de debietmeter.

10. Waarom zijn ultrasone debietmeters met meerdere paden minder gevoelig voor het debietprofiel?

Dit is een van de belangrijke voordelen van ultrasone debietmeting met meerdere paden.

Een enkel akoestisch pad meet de snelheid langs een beperkt gedeelte van de pijp.

Een meerwegdebietmeter maakt gebruik van meerdere akoestische paden op verschillende posities.

Conceptueel gezien:

Enkelvoudig pad

→ Meet de snelheid langs één akoestisch pad

Meerdere paden

→ Neemt monsters uit meerdere delen van de pijp

Het instrument kan deze metingen gebruiken om een ​​beter beeld te krijgen van de algehele snelheidsverdeling.

Daarom worden ultrasone debietmeters met meerdere meetpaden vaak geprefereerd voor toepassingen waarbij:

• Het stromingsprofiel is complex.
• Hoge nauwkeurigheid is vereist.
• De pijpdiameter is groot.
• Stromingsverstoringen zijn moeilijk te vermijden.

Het Reynoldsgetal beïnvloedt ultrasone stroommetingen omdat het invloed heeft op destromingsregime en snelheidsprofiel in de pijp.

De basisrelatie is:

Re = ρVD / μ

Naarmate het Reynoldsgetal verandert, kan de stroming overgaan tussen laminaire, overgangs- en turbulente regimes. Dit verandert de snelheidsverdeling in de pijp en beïnvloedt daardoor de relatie tussen de snelheid die langs het ultrasone akoestische pad wordt gemeten en de werkelijke gemiddelde stroomsnelheid.

Voor praktische ultrasone stroommetingen moet het Reynoldsgetal in samenhang met het volgende worden beschouwd:

Stroomsnelheid + Vloeistofviscositeit + Pijpdiameter + Stromingsprofiel + Lengte van de rechte pijp + Configuratie van het akoestische pad

Inzicht in het Reynoldsgetal helpt ingenieurs bij een betere beoordeling.Stromingsomstandigheden, sensorinstallatie, meetonzekerheid en de geschiktheid van een ultrasone debietmeter voor een specifieke toepassing..