HinnReynoldstalan (Re)er einn mikilvægasti víddarlausi breytinn í vökvafræði. Hann hjálpar til við að lýsa sambandinu millitregðukraftar og seigkraftarí rennandi vökva og er almennt notað til að ákvarða hvort flæðið sélaminar, umbreytingar- eða turbulent.

Fyrir ómskoðunarflæðismælingar er Reynoldstalan mikilvæg því flæðiskerfið hefur bein áhrif áhraðaprófíl inni í pípunniÞar sem ómsrennslismælir mælir vökvahraða eftir hljóðleið og notar þessar upplýsingar til að ákvarða meðalrennslishraða, geta breytingar á hraðasniði haft áhrif á mælingarnákvæmni.

1. Hvað er Reynoldstalan?

Fyrir flæði inni í pípu er hægt að tákna Reynolds-töluna sem:

Re = ρVD / μ

eða:

Re = VD / ν

hvar:

• Re= Reynoldstala
• ρ= vökvaþéttleiki
• V= meðalflæðishraði
• D= innra þvermál pípu
• μ= kraftmikil seigja
• ν= hreyfifræðileg seigja

Reynoldstalan er víddarlaus.

Almennt séð, fyrir flæði í hringlaga pípu:

• Re < um það bil 2.300→ Laminarflæði
• Re ≈ 2.300–4.000→ Bráðabirgðaflæði
• Um það bil 4.000→ Ókyrrðarflæði

Þessi gildi eru almennar leiðbeiningar fremur en algild mörk, því raunveruleg flæðisskilyrði geta verið mismunandi eftir lögun pípunnar og truflunum.

2. Hver er munurinn á laminarflæði og turbulentflæði?

Helsti munurinn er hvernig hraðinn dreifist yfir rörið.

Laminar flæði

Í lagflæði ferðast vökvi í tiltölulega skipulegum lögum.

Hraðaprófílinn er yfirleitt meira áberandi, með:

• Lægri hraði nálægt pípuveggnum
• Meiri hraði í átt að miðju
• Tiltölulega fyrirsjáanlegt parabólískt hraðasnið

Einfölduð framsetning er:

Veggur → Lítill hraði → Mikill hraði → Lítill hraði → Veggur

Ókyrrðarflæði

Í ókyrrðarflæði er hreyfing vökva mun óreglulegri.

Smáar sveiflur og blöndun valda því að hraðaferlið verður flatara samanborið við laminarflæði.

Þetta þýðir að hraðadreifingin yfir pípuna breytist verulega með Reynoldstölunni.

3. Af hverju skiptir þetta máli fyrir ómsrennslismæli?

Ómskoðunarflæðismælir mælir ekki beint heildarrúmmál vökvans sem fer í gegnum rörið.

Í staðinn mælir þaðhraði vökvansog reiknar síðan rúmmálsrennslið.

Í einfölduðu formi:

Q = V × A

hvar:

• Q= rúmmálsflæði
• V= meðalflæðishraði
• A= þversniðsflatarmál pípu

Áskorunin er sú að hraðinn sem mældur er meðfram ómskoðunarhljóðleið er hugsanlega ekki nákvæmlega jafn meðalhraðanum í allri pípunni.

Þess vegna verður tækið að taka tillit til sambandsins milli mældra hljóðhraða og raunverulegs meðalrennslishraða.

Þetta samband er mjög háð hraðaprófílnum.

4. Hvernig breytir Reynoldstalan hraðaprófílnum?

Íhugaðu tvö tilvik.

Lágt Reynoldstala

Við lágt Re getur flæðið verið laminar.

Hraðaprófíllinn er mjög sveigður:

Miðjuhraði > Meðalhraði > Hraði nálægt vegg

Ef ómskoðunarleiðin fer í gegnum tiltekið svæði pípunnar getur mældur hraði verið verulega frábrugðinn meðalhraða þversniðsins.

Hátt Reynolds-tala

Við hærra Re verður flæðið ókyrrt.

Blöndun hefur tilhneigingu til að framleiða flatari hraðaprófíl, þó að hraðinn minnki samt í átt að rörveggnum.

Hljóðleiðarhraðinn getur því haft annað samband við meðalhraða rörsins.

Þetta er ein ástæða þess að ómsflæðismælir getur ekki einfaldlega gert ráð fyrir að eitt mældur hraðagildi samsvari alltaf sama meðalflæðishraða.

5. Reynolds-tala og flutningstíma ómskoðunarflæðismælar

Fyrir ómskoðunarflæðismæli sem mælir flutningstíma mælir tækið mismuninn á ómskoðunarflutningstíma uppstreymis og niðurstreymis.

Grunnsambandið má einfalda svona:

Flæðishraði ∝ Mismunur á flutningstíma

Mældi hraðinn er tengdur hraðaþættinum meðfram ómskoðunarleiðinni.

Hins vegar fer raunverulegur rúmmálsflæði eftir þvímeðalhraði yfir allan þversnið pípunnar.

Þess vegna verður tækið að tengja mældan hljóðhraða við meðalrennslishraða.

Þetta samband getur haft áhrif á:

• Reynolds-talan
• Staðsetning hljóðslóðar
• Fjöldi hljóðleiða
• Flæðissnið
• Þvermál pípu
• Flæðistruflanir

6. Hvers vegna eru áhrifin mikilvægari við lágan rennslishraða?

Síðan:

Re = ρVD / μ

Þegar flæðishraði minnkar, lækkar Reynoldstalan einnig.

Til dæmis gæti kerfi sem starfar við mikið rennslishraða haft fullkomlega þróað turbulent flæði, en sama kerfi sem starfar við mjög lítið rennslishraða gæti nálgast umbreytingar- eða laminar-svið.

Hraðaprófílinn getur því breyst verulega eftir því sem rennslishraðinn breytist.

Þetta þýðir að sambandið á milli:

Hljóðleiðarhraði

og

Meðalhraði pípu

getur einnig breyst.

Fyrir suma ómskoðunarflæðimæla getur þetta orðið mikilvægt atriði þegar mælt er mjög lágt flæði eða mjög seigfljótandi vökva.

7. Hvers vegna skiptir seigja vökva máli?

Reynoldstalan er í öfugu hlutfalli við seigju:

Re = ρVD / μ

Ef seigja eykst, lækkar Reynoldstalan fyrir sama þvermál, eðlisþyngd og rennslishraða pípunnar.

Til dæmis, ímyndum okkur tvo vökva sem flæða með sama hraða í gegnum sömu pípu:

Vatn → Lágt seigja → Hærra Re

Þungolía → Mikil seigja → Lægri Re

Þungolían gæti haft mun meiri hraðaprófíl vegna meiri seigju hennar.

Þess vegna getur sami ómskoðunarflæðismælir hagað sér mismunandi við mælingu á mismunandi vökvum, jafnvel þótt þvermál pípunnar og flæðishraði séu svipaðir.

8. Hvers vegna tengist lengd beinna pípa Reynolds-tölu?

Reynoldstalan hjálpar einnig til við að útskýra hvers vegna nægilega langar beinar pípur eru mikilvægar.

Eftir olnboga, loka, lækkara eða annan tengibúnað getur flæðismynstrið raskast.

Flæðið þarf nægilegt bil til að þróast í átt að stöðugri sniði.

Þróunarferlið er háð þáttum eins og:

• Reynolds-talan
• Þvermál pípu
• Ójöfnur í pípum
• Tegund truflunar
• Flæðishraði

Ef ómsrennslismælirinn er settur upp of nálægt truflunum uppstreymis getur mældur hljóðhraði orðið fyrir miklum áhrifum af ósamhverfri eða hvirfilhraða.

Þetta getur valdið mælingarvillum.

Þess vegna gætu dæmigerðar uppsetningarleiðbeiningar fyrir ómsflæðismæli mælt með:

Bein pípa uppstreymis ≥ 10D

Bein pípa niðurstreymis ≥ 5D

hvarD er innra þvermál pípunnar.

9. Þýðir hærri Reynoldstala alltaf betri nákvæmni?

Ekki endilega.

Hærri Reynoldstala gefur almennt til kynna meiri ókyrrð í flæði, en nákvæmni mælinga er háð mörgum öðrum þáttum.

Þetta felur í sér:

• Flæðissnið
• Uppsetning á transducer
• Ástand pípa
• Bein pípalengd
• Gæði merkis
• Stillingar hljóðslóðar
• Eiginleikar vökva
• Kvörðun mælis

Þess vegna ætti að líta á Reynoldstöluna sem mikilvægaflæðisskilyrðisbreyta, frekar en bein vísbending um nákvæmni rennslismælis.

10. Hvers vegna eru fjölleiðar ómsjárflæðismælar minna næmir fyrir flæðissniði?

Þetta er einn af mikilvægustu kostunum við fjölleiðar ómskoðunarflæðismælingar.

Ein hljóðleið tekur sýni af hraðanum meðfram takmörkuðu svæði pípunnar.

Fjölleiðarflæðismælir notar nokkrar hljóðleiðir á mismunandi stöðum.

Hugmyndalega:

Einföld leið

→ Mælir hraða eftir einni hljóðleið

Fjölslóð

→ Tekur sýni af mörgum svæðum í pípunni

Mælitækið getur notað þessar mælingar til að fá betri mynd af heildarhraðadreifingunni.

Þess vegna eru fjölleiðar ómskoðunarflæðismælar oft æskilegri fyrir notkun þar sem:

• Flæðisferlið er flókið
• Mikil nákvæmni er nauðsynleg
• Þvermál pípunnar er stórt
• Erfitt er að forðast flæðitruflanir

Reynoldstalan hefur áhrif á ómsflæðismælingar vegna þess að hún hefur áhrif áflæðisreglu og hraðasnið inni í pípunni.

Grunnsambandið er:

Re = ρVD / μ

Þegar Reynoldstalan breytist getur flæðið skipt á milli laminar-, umbreytingar- og turbulent-sviða. Þetta breytir hraðadreifingu yfir rörið og hefur því áhrif á sambandið milli hraðans sem mældur er meðfram ómskoðunarleiðinni og raunverulegs meðalflæðishraða.

Fyrir hagnýtar ómsflæðismælingar ætti að taka tillit til Reynolds-tölunnar ásamt:

Flæðishraði + Seigja vökva + Þvermál pípu + Flæðissnið + Lengd beins pípu + Uppsetning hljóðrásar

Að skilja Reynolds-töluna hjálpar verkfræðingum að meta beturrennslisskilyrði, uppsetning skynjara, óvissa í mælingum og hentugleiki ómsrennslismælis fyrir tiltekna notkun.