TheReinoldso skaičius (Re)yra vienas svarbiausių bematių parametrų skysčių mechanikoje. Jis padeda apibūdinti ryšį tarpinercinės jėgos ir klampios jėgostekančiame skystyje ir dažniausiai naudojamas norint nustatyti, ar srautas yralaminarinis, pereinamasis arba turbulentinis.

Ultragarsiniam srauto matavimui Reinoldso skaičius yra svarbus, nes srauto režimas tiesiogiai veikiaGreičio profilis vamzdžio vidujeKadangi ultragarsinis srauto matuoklis matuoja skysčio greitį akustiniu keliu ir naudoja šią informaciją vidutiniam srauto greičiui nustatyti, greičio profilio pokyčiai gali turėti įtakos matavimo tikslumui.

1. Kas yra Reinoldso skaičius?

Vamzdžio viduje tekančio skysčio Reinoldso skaičių galima išreikšti taip:

Re = ρVD / μ

arba:

Re = VD / ν

kur:

• Re= Reinoldso skaičius
• ρ= skysčio tankis
• V= vidutinis srauto greitis
• D= vamzdžio vidinis skersmuo
• μ= dinaminis klampumas
• ν= kinematinis klampumas

Reinoldso skaičius yra bematis.

Apskritai, srautui apskritame vamzdyje:

• Re < maždaug 2300→ Laminarinis srautas
• Re ≈ 2 300–4 000→ Pereinamasis srautas
• Re > maždaug 4000→ Turbulentinis srautas

Šios vertės yra bendrosios gairės, o ne absoliučios ribos, nes faktinės srauto sąlygos gali skirtis priklausomai nuo vamzdžio geometrijos ir trikdžių.

2. Kuo skiriasi laminarinis ir turbulentinis srautas?

Pagrindinis skirtumas yra greičio pasiskirstymas vamzdyje.

Laminarinis srautas

Laminarinio srauto metu skystis juda santykinai tvarkingais sluoksniais.

Greičio profilis paprastai yra ryškesnis, kai:

• Mažesnis greitis prie vamzdžio sienelės
• Didesnis greitis centro link
• Santykinai nuspėjamas parabolinis greičio profilis

Supaprastintas vaizdavimas yra toks:

Siena → Mažas greitis → Didelis greitis → Mažas greitis → Siena

Turbulentinis srautas

Turbulentinėje srovėje skysčio judėjimas yra daug netolygesnis.

Dėl nedidelių svyravimų ir maišymosi greičio profilis tampa plokštesnis, palyginti su laminariniu srautu.

Tai reiškia, kad greičio pasiskirstymas vamzdyje reikšmingai kinta priklausomai nuo Reinoldso skaičiaus.

3. Kodėl tai svarbu ultragarsiniam srauto matuokliui?

Ultragarsinis srauto matuoklis tiesiogiai nematuoja bendro per vamzdį tekančio skysčio tūrio.

Vietoj to, jis matuojaskysčio greitisir tada apskaičiuoja tūrinį srautą.

Supaprastinta forma:

Q = V × A

kur:

• Q= tūrinis srautas
• V= vidutinis srauto greitis
• A= vamzdžio skerspjūvio plotas

Problema ta, kad ultragarso akustinio kelio išmatuotas greitis gali būti ne visai lygus vidutiniam greičiui visame vamzdyje.

Todėl prietaisas turi atsižvelgti į išmatuoto akustinio greičio ir faktinio vidutinio srauto greičio santykį.

Šį ryšį stipriai veikia greičio profilis.

4. Kaip Reinoldso skaičius keičia greičio profilį?

Apsvarstykite du atvejus.

Mažas Reinoldso skaičius

Esant mažam Re, srautas gali būti laminarinis.

Greičio profilis yra stipriai išlenktas:

Centrinis greitis > Vidutinis greitis > Greitis prie sienos

Jei ultragarsinis akustinis kelias eina per tam tikrą vamzdžio sritį, išmatuotas greitis gali labai skirtis nuo vidutinio skerspjūvio greičio.

Didelis Reinoldso skaičius

Esant didesnei Re vertei, srautas tampa turbulentinis.

Maišymas paprastai sukuria plokštesnį greičio profilį, nors greitis vis tiek mažėja artėjant prie vamzdžio sienelės.

Todėl akustinio kelio greitis gali turėti skirtingą ryšį su vidutiniu vamzdžio greičiu.

Tai viena iš priežasčių, kodėl ultragarsinis srauto matuoklis negali tiesiog daryti prielaidos, kad viena išmatuota greičio vertė visada atitinka tą patį vidutinį srauto greitį.

5. Reinoldso skaičiaus ir tranzito laiko ultragarsiniai srauto matuokliai

Ultragarsinio srauto matuoklio, kurio tranzito laikas matuojamas, prietaisas matuoja skirtumą tarp ultragarsinio tranzito laiko prieš srovę ir pasroviui.

Pagrindinis ryšys gali būti supaprastintas taip:

Srauto greitis ∝ Tranzito laiko skirtumas

Išmatuotas greitis yra susijęs su greičio komponente išilgai ultragarsinio akustinio kelio.

Tačiau faktinis tūrinis srautas priklauso nuovidutinis greitis per visą vamzdžio skerspjūvį.

Todėl prietaisas turi susieti išmatuotą akustinį greitį su vidutiniu srauto greičiu.

Šį ryšį gali paveikti:

• Reinoldso skaičius
• Akustinio kelio vieta
• Akustinių takų skaičius
• Srauto profilis
• Vamzdžio skersmuo
• Srauto sutrikimai

6. Kodėl poveikis yra svarbesnis esant mažam srautui?

Nuo:

Re = ρVD / μ

Kai srauto greitis mažėja, Reinoldso skaičius taip pat mažėja.

Pavyzdžiui, sistemoje, veikiančioje dideliu srautu, gali būti visiškai išsivystęs turbulentinis srautas, o ta pati sistema, veikianti labai mažu srautu, gali pasiekti pereinamąjį arba laminarinį režimą.

Todėl keičiantis srauto greičiui, greičio profilis gali smarkiai pasikeisti.

Tai reiškia, kad ryšys tarp:

Akustinio kelio greitis

ir

Vidutinis vamzdžio greitis

taip pat gali keistis.

Kai kuriems ultragarsiniams srauto matuokliams tai gali tapti svarbiu aspektu matuojant labai mažus srautus arba labai klampius skysčius.

7. Kodėl skysčio klampumas yra svarbus?

Reinoldso skaičius yra atvirkščiai proporcingas klampumui:

Re = ρVD / μ

Jei vamzdžio klampumas didėja, Reinoldso skaičius mažėja, esant tam pačiam vamzdžio skersmeniui, tankiui ir srauto greičiui.

Pavyzdžiui, įsivaizduokite du skysčius, tekančius tuo pačiu greičiu per tą patį vamzdį:

Vanduo → Mažas klampumas → Didesnis Re

Sunkioji alyva → Didelė klampa → Mažesnis Re

Dėl didesnio klampumo sunkioji alyva gali turėti daug ryškesnį greičio profilį.

Todėl tas pats ultragarsinis srauto matuoklis gali elgtis skirtingai matuojant skirtingus skysčius, net jei vamzdžio skersmuo ir srauto greitis yra panašūs.

8. Kodėl tiesaus vamzdžio ilgis yra susijęs su Reinoldso skaičiumi?

Reinoldso skaičius taip pat padeda paaiškinti, kodėl svarbus pakankamas tiesaus vamzdžio ilgis.

Prijungus alkūnę, vožtuvą, reduktorius ar kitą jungtį, srauto profilis gali būti sutrikdytas.

Srautui reikia pakankamai atstumo, kad jis taptų stabilesnis.

Vystymosi procesas priklauso nuo tokių veiksnių kaip:

• Reinoldso skaičius
• Vamzdžio skersmuo
• Vamzdžio šiurkštumas
• Trikdžių tipas
• Srauto greitis

Jei ultragarsinis srauto matuoklis įrengiamas per arti priešsrovio trikdžių, išmatuotą akustinį greitį gali stipriai paveikti asimetrinis arba sūkurinis greičio profilis.

Tai gali sukelti matavimo paklaidų.

Štai kodėl tipinėse ultragarsinio srauto matuoklio įrengimo gairėse gali būti rekomenduojama:

Priešsrovinis tiesus vamzdis ≥ 10D

Tiesus vamzdis pasroviui ≥ 5D

kurD yra vamzdžio vidinis skersmuo.

9. Ar didesnis Reinoldso skaičius visada reiškia geresnį tikslumą?

Nebūtinai.

Didesnis Reinoldso skaičius paprastai rodo turbulentiškesnį srautą, tačiau matavimo tikslumas priklauso nuo daugelio kitų veiksnių.

Tai apima:

• Srauto profilis
• Keitiklio montavimas
• Vamzdžių būklė
• Tiesaus vamzdžio ilgis
• Signalo kokybė
• Akustinio kelio konfigūracija
• Skysčio savybės
• Skaitiklio kalibravimas

Todėl Reinoldso skaičius turėtų būti laikomas svarbiu rodikliu.srauto būklės parametras, o ne tiesioginis srauto matuoklio tikslumo rodiklis.

10. Kodėl daugiakanaliai ultragarsiniai srauto matuokliai yra mažiau jautrūs srauto profiliui?

Tai yra vienas iš svarbių daugiakanalio ultragarsinio srauto matavimo privalumų.

Vienas akustinis kelias ima greitį išilgai ribotos vamzdžio srities.

Daugiakanalis srauto matuoklis naudoja kelis akustinius takus skirtingose ​​vietose.

Konceptualiai:

Vienas kelias

→ Matuoja greitį išilgai vieno akustinio kelio

Daugiakanalis

→ Imami mėginiai iš kelių vamzdžio regionų

Prietaisas gali naudoti šiuos matavimus, kad geriau atspindėtų bendrą greičio pasiskirstymą.

Todėl daugiakanaliai ultragarsiniai srauto matuokliai dažnai yra tinkamesni tais atvejais, kai:

• Srauto profilis yra sudėtingas
• Reikalingas didelis tikslumas
• Vamzdžio skersmuo yra didelis
• Srauto sutrikimų sunku išvengti

Reinoldso skaičius turi įtakos ultragarsiniam srauto matavimui, nes jis daro įtakąSrauto režimas ir greičio profilis vamzdžio viduje.

Pagrindinis santykis yra toks:

Re = ρVD / μ

Keičiantis Reinoldso skaičiui, srautas gali pereiti tarp laminarinio, pereinamojo ir turbulentinio režimų. Tai keičia greičio pasiskirstymą vamzdyje ir todėl turi įtakos ultragarsinio akustinio kelio spinduliuotės greičio ir faktinio vidutinio srauto greičio santykiui.

Praktiniam ultragarsiniam srauto matavimui Reinoldso skaičius turėtų būti vertinamas kartu su:

Srauto greitis + Skysčio klampumas + Vamzdžio skersmuo + Srauto profilis + Tiesaus vamzdžio ilgis + Akustinio kelio konfigūracija

Reinoldso skaičiaus supratimas padeda inžinieriams geriau įvertintisrauto sąlygos, jutiklio montavimas, matavimo neapibrėžtis ir ultragarsinio srauto matuoklio tinkamumas konkrečiam pritaikymui.