НаРејнолдсов број (Re)е еден од најважните бездимензионални параметри во механиката на флуиди. Помага да се опише врската помеѓуинерцијални сили и вискозни силиво течен флуид и најчесто се користи за да се утврди дали протокот еламинарен, транзициски или турбулентен.

За ултразвучно мерење на протокот, Рејнолдсовиот број е важен бидејќи режимот на проток директно влијае напрофил на брзина во цевкатаБидејќи ултразвучниот мерач на проток ја мери брзината на течноста по акустична патека и ги користи тие информации за да ја одреди просечната брзина на проток, промените во профилот на брзината можат да влијаат на точноста на мерењето.

1. Што е Рејнолдсов број?

За проток во цевка, Рејнолдсовиот број може да се изрази како:

Re = ρVD / μ

или:

Re = VD / ν

каде:

• Re= Рејнолдсов број
• ρ= густина на течност
• V= просечна брзина на проток
• D= внатрешен дијаметар на цевката
• μ= динамички вискозитет
• ν= кинематска вискозност

Рејнолдсовиот број е бездимензионален.

Општо земено, за проток во кружна цевка:

• Ре < приближно 2.300→ Ламинарен проток
• Ре ≈ 2.300–4.000→ Преоден тек
• Re > приближно 4.000→ Турбулентен проток

Овие вредности се општи насоки, а не апсолутни граници, бидејќи реалните услови на проток можат да варираат во зависност од геометријата на цевката и нарушувањата.

2. Која е разликата помеѓу ламинарен и турбулентен проток?

Главната разлика е начинот на кој брзината се распределува низ цевката.

Ламинарен проток

При ламинарен тек, течноста се движи во релативно уредни слоеви.

Профилот на брзина е обично поизразен, со:

• Помала брзина во близина на ѕидот на цевката
• Поголема брзина кон центарот
• Релативно предвидлив профил на параболична брзина

Поедноставена репрезентација е:

Ѕид → Мала брзина → Висока брзина → Мала брзина → Ѕид

Турбулентен проток

При турбулентен тек, движењето на флуидот е многу понеправилно.

Малите флуктуации и мешањето предизвикуваат профилот на брзината да стане порамен во споредба со ламинарниот тек.

Ова значи дека распределбата на брзината низ цевката значително се менува со Рејнолдсовиот број.

3. Зошто ова е важно за ултразвучен мерач на проток?

Ултразвучниот мерач на проток не го мери директно вкупниот волумен на течност што минува низ цевката.

Наместо тоа, го мерибрзината на течностаа потоа ја пресметува волуметриската брзина на проток.

Во поедноставена форма:

Q = V × A

каде:

• Q= волуметриска брзина на проток
• V= просечна брзина на проток
• A= површина на пресек на цевката

Предизвикот е што брзината измерена по ултразвучна акустична патека може да не биде точно еднаква на просечната брзина низ целата цевка.

Затоа, инструментот мора да го земе предвид односот помеѓу измерената акустична брзина и вистинската просечна брзина на проток.

Оваа врска е силно под влијание на профилот на брзината.

4. Како Рејнолдсовиот број го менува профилот на брзината?

Разгледајте два случаи.

Низок Рејнолдс број

При низок Re, протокот може да биде ламинарен.

Профилот на брзината е силно закривен:

Централна брзина > Просечна брзина > Брзина во близина на ѕидот

Ако ултразвучната акустична патека поминува низ одреден регион на цевката, измерената брзина може значително да се разликува од просечната брзина на напречниот пресек.

Висок Рејнолдсов број

При повисок Re, протокот станува турбулентен.

Мешањето има тенденција да произведе порамн профил на брзина, иако брзината сè уште се намалува кон ѕидот на цевката.

Затоа, брзината на акустичната патека може да има различна врска со просечната брзина на цевката.

Ова е една од причините зошто ултразвучниот мерач на проток не може едноставно да претпостави дека една измерена вредност на брзината секогаш одговара на истата просечна брзина на проток.

5. Ултразвучни мерачи на проток со Рејнолдсов број и време на транзит

За ултразвучен мерач на проток со време на транзит, инструментот ја мери разликата помеѓу времето на ултразвучен транзит низводно и спротиводно.

Основната врска може да се поедностави на следниов начин:

Брзина на проток ∝ Разлика во времето на транзит

Измерената брзина е поврзана со компонентата на брзината долж ултразвучната акустична патека.

Сепак, вистинската волуметриска брзина на проток зависи одпросечна брзина низ целиот пресек на цевката.

Затоа, инструментот мора да ја поврзе измерената акустична брзина со просечната брзина на проток.

Оваа врска може да биде засегната од:

• Рејнолдсов број
• Локација на акустична патека
• Број на акустични патеки
• Профил на проток
• Дијаметар на цевката
• Нарушувања на протокот

6. Зошто ефектот е поважен при ниски стапки на проток?

Од:

Re = ρVD / μ

кога брзината на проток се намалува, и Рејнолдсовиот број се намалува.

На пример, систем што работи со висок проток може да има целосно развиен турбулентен проток, додека истиот систем што работи со многу низок проток може да се приближи до преоден или ламинарен режим.

Затоа, профилот на брзината може значително да се промени како што се менува брзината на проток.

Ова значи дека врската помеѓу:

Брзина на акустична патека

и

Просечна брзина на цевката

може исто така да се промени.

За некои ултразвучни мерачи на проток, ова може да стане важен фактор при мерење на многу ниски стапки на проток или високо вискозни течности.

7. Зошто е важен вискозитетот на течноста?

Рејнолдсовиот број е обратно пропорционален на вискозитетот:

Re = ρVD / μ

Ако вискозитетот се зголеми, Рејнолдсовиот број се намалува за ист дијаметар на цевката, густина и брзина на проток.

На пример, разгледајте две течности што течат со иста брзина низ истата цевка:

Вода → Низок вискозитет → Повисок Re

Тешко масло → Висок вискозитет → Понизок ре

Тешкото масло може да има многу поизразен профил на брзина поради неговиот повисок вискозитет.

Затоа, истиот ултразвучен мерач на проток може да се однесува различно при мерење на различни течности, дури и ако дијаметарот на цевката и брзината на проток се слични.

8. Зошто должината на права цевка е поврзана со Рејнолдсовиот број?

Рејнолдсовиот број, исто така, помага да се објасни зошто е важна доволната права должина на цевката.

По поставување на лакт, вентил, редуктор или друго фитинг, профилот на проток може да се наруши.

На протокот му е потребно доволно растојание за да се развие кон постабилен профил.

Процесот на развој зависи од фактори, вклучувајќи:

• Рејнолдсов број
• Дијаметар на цевката
• Грубост на цевката
• Вид на нарушување
• Брзина на проток

Ако ултразвучниот мерач на проток е инсталиран премногу блиску до нарушување на горниот тек, измерената акустична брзина може да биде силно под влијание на асиметричен или вртежен профил на брзина.

Ова може да предизвика грешки во мерењето.

Затоа типично упатство за инсталација на ултразвучен мерач на проток може да препорача:

Нагорно права цевка ≥ 10D

Низводно права цевка ≥ 5D

кадеD е внатрешниот дијаметар на цевката.

9. Дали повисокиот Рејнолдсов број секогаш значи поголема точност?

Не мора нужно.

Повисокиот Рејнолдсов број генерално укажува на потурбулентен тек, но точноста на мерењето зависи од многу други фактори.

Тие вклучуваат:

• Профил на проток
• Инсталација на трансдуцер
• Состојба на цевката
• Должина на права цевка
• Квалитет на сигналот
• Конфигурација на акустична патека
• Својства на флуидот
• Калибрација на мерачот

Затоа, Рејнолдсовиот број треба да се смета за важенпараметар за состојба на проток, наместо директен индикатор за точноста на мерачот на проток.

10. Зошто повеќенасочните ултразвучни мерачи на проток се помалку чувствителни на профилот на проток?

Ова е една од важните предности на повеќенасочното ултразвучно мерење на проток.

Една акустична патека ја зема примероците од брзината долж ограничен регион на цевката.

Мерачот на проток со повеќе патеки користи неколку акустични патеки на различни позиции.

Концептуално:

Една патека

→ Мери брзина по една акустична патека

Мулти-патека

→ Зема примероци од повеќе региони на цевката

Инструментот може да ги користи овие мерења за да добие подобра претстава за вкупната распределба на брзината.

Затоа, повеќенасочните ултразвучни мерачи на проток често се претпочитаат за апликации каде што:

• Профилот на проток е комплексен
• Потребна е висока точност
• Дијаметарот на цевката е голем
• Нарушувањата на протокот се тешки за избегнување

Рејнолдсовиот број влијае на ултразвучното мерење на протокот бидејќи влијае нарежим на проток и профил на брзина во цевката.

Основната врска е:

Re = ρVD / μ

Како што се менува Рејнолдсовиот број, протокот може да преминува помеѓу ламинарен, преоден и турбулентен режим. Ова ја менува распределбата на брзината низ цевката и затоа влијае на односот помеѓу брзината измерена по должината на ултразвучната акустична патека и вистинската просечна брзина на проток.

За практично ултразвучно мерење на протокот, Рејнолдсовиот број треба да се земе предвид заедно со:

Брзина на проток + Вискозитет на флуид + Дијаметар на цевка + Профил на проток + Должина на права цевка + Конфигурација на акустична патека

Разбирањето на бројот на Рејнолдс им помага на инженерите подобро да проценатуслови на проток, инсталација на сензор, несигурност на мерењето и соодветност на ултразвучен мерач на проток за одредена апликација.