TheРејнолдсов број (Re)је један од најважнијих бездимензионалних параметара у механици флуида. Помаже у описивању односа измеђуинерцијалне силе и вискозне силеу текућој течности и обично се користи за одређивање да ли је протокламинарни, прелазни или турбулентни.

За ултразвучно мерење протока, Рејнолдсов број је важан јер режим протока директно утиче напрофил брзине унутар цевиПошто ултразвучни мерач протока мери брзину флуида дуж акустичне путање и користи те информације за одређивање просечне брзине протока, промене у профилу брзине могу утицати на тачност мерења.

1. Шта је Рејнолдсов број?

За проток унутар цеви, Рејнолдсов број се може изразити као:

Re = ρVD / μ

или:

Re = VD / ν

где:

• Re= Рејнолдсов број
• ρ= густина флуида
• V= просечна брзина протока
• D= унутрашњи пречник цеви
• μ= динамичка вискозност
• ν= кинематичка вискозност

Рејнолдсов број је бездимензионалан.

Генерално, за проток у кружној цеви:

• Re < приближно 2.300→ Ламинарни ток
• Re ≈ 2.300–4.000→ Прелазни ток
• Re > приближно 4.000→ Турбулентни ток

Ове вредности су опште смернице, а не апсолутне границе, јер стварни услови протока могу да варирају у зависности од геометрије цеви и поремећаја.

2. Која је разлика између ламинарног и турбулентног тока?

Главна разлика је начин на који се брзина распоређује дуж цеви.

Ламинарни ток

У ламинарном току, течност се креће у релативно уређеним слојевима.

Профил брзине је обично израженији, са:

• Мања брзина близу зида цеви
• Већа брзина према центру
• Релативно предвидљив параболични профил брзине

Поједностављена репрезентација је:

Зид → Мала брзина → Велика брзина → Мала брзина → Зид

Турбулентни ток

Код турбулентног тока, кретање флуида је много неправилније.

Мале флуктуације и мешање узрокују да профил брзине постане равнији у поређењу са ламинарним током.

То значи да се расподела брзине дуж цеви значајно мења са Рејнолдсовим бројем.

3. Зашто је ово важно за ултразвучни мерач протока?

Ултразвучни мерач протока не мери директно укупну запремину течности која пролази кроз цев.

Уместо тога, мерибрзина течностиа затим израчунава запремински проток.

У поједностављеном облику:

Q = V × A

где:

• Q= запремински проток
• V= просечна брзина протока
• A= површина попречног пресека цеви

Изазов је у томе што брзина мерена дуж ултразвучне акустичне путање можда није потпуно једнака просечној брзини преко целе цеви.

Стога, инструмент мора узети у обзир везу између измерене акустичне брзине и стварне просечне брзине протока.

На овај однос снажно утиче профил брзине.

4. Како Рејнолдсов број мења профил брзине?

Размотрите два случаја.

Низак Рејнолдсов број

При ниском Re, ток може бити ламинарни.

Профил брзине је јако закривљен:

Централна брзина > Просечна брзина > Брзина близу зида

Ако ултразвучна акустична путања пролази кроз одређени део цеви, измерена брзина може значајно да се разликује од просечне брзине попречног пресека.

Висок Рејнолдсов број

При већем Re, ток постаје турбулентан.

Мешање тежи да произведе равнији профил брзине, иако се брзина и даље смањује према зиду цеви.

Брзина акустичне путање стога може имати другачији однос са просечном брзином цеви.

То је један од разлога зашто ултразвучни мерач протока не може једноставно претпоставити да једна измерена вредност брзине увек одговара истој просечној брзини протока.

5. Ултразвучни мерачи протока са Рејнолдсовим бројем и временом пролаза

Код ултразвучног мерача протока са временом протока, инструмент мери разлику између времена ултразвучног протока узводно и низводно.

Основни однос се може поједноставити као:

Брзина протока ∝ разлика у времену транзита

Измерена брзина је повезана са компонентом брзине дуж ултразвучне акустичне путање.

Међутим, стварни запремински проток зависи одпросечна брзина преко целог попречног пресека цеви.

Стога, инструмент мора повезати измерену акустичну брзину са просечном брзином протока.

На овај однос може утицати:

• Рејнолдсов број
• Локација акустичне путање
• Број акустичних путања
• Профил протока
• Пречник цеви
• Поремећаји протока

6. Зашто је ефекат важнији при малим протоцима?

Од:

Re = ρVD / μ

Када се брзина протока смањи, смањује се и Рејнолдсов број.

На пример, систем који ради са великом брзином протока може имати потпуно развијен турбулентни ток, док исти систем који ради са веома малом брзином протока може се приближити прелазном или ламинарном режиму.

Профил брзине се стога може значајно променити како се мења брзина протока.

То значи да је веза између:

Брзина акустичне путање

и

Просечна брзина цеви

може се и променити.

За неке ултразвучне мераче протока, ово може постати важно разматрање при мерењу веома малих протока или високо вискозних течности.

7. Зашто је вискозност флуида важна?

Рејнолдсов број је обрнуто пропорционалан вискозности:

Re = ρVD / μ

Ако се вискозност повећа, Рејнолдсов број се смањује за исти пречник цеви, густину и брзину протока.

На пример, размотрите две течности које теку истом брзином кроз исту цев:

Вода → Ниска вискозност → Виша резистентност

Тешко уље → Висока вискозност → Нижа вискозност

Тешка нафта може имати много израженији профил брзине због веће вискозности.

Стога, исти ултразвучни мерач протока може се понашати различито при мерењу различитих течности, чак и ако су пречник цеви и брзина протока слични.

8. Зашто је дужина равне цеви повезана са Рејнолдсовим бројем?

Рејнолдсов број такође помаже у објашњењу зашто је довољна дужина равне цеви важна.

Након постављања колена, вентила, редуктора или другог споја, профил протока може бити поремећен.

Току је потребна довољна удаљеност да би се развио ка стабилнијем профилу.

Процес развоја зависи од фактора који укључују:

• Рејнолдсов број
• Пречник цеви
• Храпавост цеви
• Врста поремећаја
• Брзина протока

Ако је ултразвучни мерач протока инсталиран преблизу узводног поремећаја, измерена акустична брзина може бити под јаким утицајем асиметричног или вртложног профила брзине.

Ово може довести до грешака у мерењу.

Зато типично упутство за инсталацију ултразвучног мерача протока може препоручити:

Узводна равна цев ≥ 10D

Низводна равна цев ≥ 5D

гдеD је унутрашњи пречник цеви.

9. Да ли већи Рејнолдсов број увек значи бољу тачност?

Не нужно.

Већи Рејнолдсов број генерално указује на турбулентнији ток, али тачност мерења зависи од многих других фактора.

То укључује:

• Профил протока
• Инсталација претварача
• Стање цеви
• Дужина равне цеви
• Квалитет сигнала
• Конфигурација акустичне путање
• Својства флуида
• Калибрација мерача

Стога, Рејнолдсов број треба сматрати важнимпараметар услова протока, а не директан индикатор тачности мерача протока.

10. Зашто су вишепутни ултразвучни мерачи протока мање осетљиви на профил протока?

Ово је једна од важних предности вишеструког ултразвучног мерења протока.

Једна акустична путања узоркује брзину дуж ограниченог региона цеви.

Вишеструки мерач протока користи неколико акустичних путања на различитим позицијама.

Концептуално:

Једна путања

→ Мери брзину дуж једне акустичне путање

Вишеструки пут

→ Узоркује више делова цеви

Инструмент може користити ова мерења да би добио бољи приказ укупне расподеле брзине.

Стога су вишепутни ултразвучни мерачи протока често пожељнији за примене где:

• Профил тока је сложен
• Потребна је висока тачност
• Пречник цеви је велики
• Поремећаји протока су тешко избећи

Рејнолдсов број утиче на ултразвучно мерење протока јер утиче нарежим протока и профил брзине унутар цеви.

Основни однос је:

Re = ρVD / μ

Како се Рејнолдсов број мења, ток може прелазити између ламинарног, прелазног и турбулентног режима. Ово мења расподелу брзине дуж цеви и стога утиче на однос између брзине мерене дуж ултразвучне акустичне путање и стварне просечне брзине протока.

За практично ултразвучно мерење протока, Рејнолдсов број треба узети у обзир заједно са:

Брзина протока + Вискозитет флуида + Пречник цеви + Профил протока + Дужина праве цеви + Конфигурација акустичне путање

Разумевање Рејнолдсовог броја помаже инжењерима да боље проценеуслови протока, инсталација сензора, несигурност мерења и погодност ултразвучног мерача протока за одређену примену.