TheЛік Рэйнальдса (Re)з'яўляецца адным з найважнейшых безразмерных параметраў у механіцы вадкасці. Ён дапамагае апісаць сувязь паміжінерцыйныя сілы і сілы вязкасціу патоку вадкасці і звычайна выкарыстоўваецца для вызначэння таго, ці з'яўляецца патокламінарны, пераходны або турбулентны.

Для ультрагукавога вымярэння патоку лік Рэйнальдса важны, таму што рэжым патоку непасрэдна ўплывае напрофіль хуткасці ўнутры трубыПаколькі ультрагукавой расходомер вымярае хуткасць вадкасці ўздоўж акустычнага шляху і выкарыстоўвае гэтую інфармацыю для вызначэння сярэдняй хуткасці патоку, змены профілю хуткасці могуць паўплываць на дакладнасць вымярэння.

1. Што такое лік Рэйнальдса?

Для патоку ўнутры трубы лік Рэйнальдса можна выразіць наступным чынам:

Re = ρVD / μ

або:

Re = VD / ν

дзе:

• Re= лік Рэйнальдса
• ρ= шчыльнасць вадкасці
• V= сярэдняя хуткасць патоку
• D= унутраны дыяметр трубы
• μ= дынамічная глейкасць
• ν= кінематычная глейкасць

Лік Рэйнальдса не мае памеру.

Увогуле, для патоку ў круглай трубе:

• Re < прыблізна 2300→ Ламінарны паток
• Re ≈ 2300–4000→ Пераходны паток
• Re > прыблізна 4000→ Турбулентны паток

Гэтыя значэнні з'яўляюцца агульнымі рэкамендацыямі, а не абсалютнымі межамі, паколькі рэальныя ўмовы патоку могуць змяняцца ў залежнасці ад геаметрыі трубы і перашкод.

2. У чым розніца паміж ламінарным і турбулентным патокам?

Асноўнае адрозненне заключаецца ў тым, як хуткасць размеркавана па трубе.

Ламінарны паток

Пры ламінарным патоку вадкасць рухаецца адносна ўпарадкаванымі пластамі.

Профіль хуткасці звычайна больш выяўлены, з:

• Меншая хуткасць каля сценкі трубы
• Большая хуткасць у напрамку цэнтра
• Адносна прадказальны парабалічны профіль хуткасці

Спрошчанае прадстаўленне мае выгляд:

Сцяна → Нізкая хуткасць → Высокая хуткасць → Нізкая хуткасць → Сцяна

Турбулентны паток

Пры турбулентным патоку рух вадкасці значна больш нераўнамерны.

Дробнамаштабныя ваганні і перамешванне прыводзяць да таго, што профіль хуткасці становіцца больш плоскім у параўнанні з ламінарным патокам.

Гэта азначае, што размеркаванне хуткасці па трубе істотна змяняецца ў залежнасці ад ліку Рэйнальдса.

3. Чаму гэта мае значэнне для ультрагукавога расходомера?

Ультрагукавой расходомер не вымярае непасрэдна агульны аб'ём вадкасці, якая праходзіць праз трубу.

Замест гэтага ён вымяраехуткасць вадкасціа затым вылічвае аб'ёмны расход.

У спрошчанай форме:

Q = V × A

дзе:

• Q= аб'ёмны расход
• V= сярэдняя хуткасць патоку
• A= плошча папярочнага сячэння трубы

Праблема заключаецца ў тым, што хуткасць, вымераная ўздоўж ультрагукавой акустычнай траекторыі, можа не зусім роўная сярэдняй хуткасці па ўсёй трубе.

Такім чынам, прыбор павінен улічваць сувязь паміж вымеранай акустычнай хуткасцю і фактычнай сярэдняй хуткасцю патоку.

На гэтую сувязь моцна ўплывае профіль хуткасці.

4. Як лік Рэйнальдса змяняе профіль хуткасці?

Разгледзім два выпадкі.

Нізкі лік Рэйнальдса

Пры нізкім Re паток можа быць ламінарным.

Профіль хуткасці моцна выгнуты:

Цэнтральная хуткасць > Сярэдняя хуткасць > Хуткасць каля сценкі

Калі ультрагукавы акустычны шлях праходзіць праз пэўную вобласць трубы, вымераная хуткасць можа істотна адрознівацца ад сярэдняй хуткасці папярочнага сячэння.

Высокі лік Рэйнальдса

Пры больш высокім Re паток становіцца турбулентным.

Змешванне, як правіла, стварае больш плоскі профіль хуткасці, хоць хуткасць усё яшчэ памяншаецца да сценкі трубы.

Такім чынам, хуткасць акустычнага шляху можа мець розную залежнасць ад сярэдняй хуткасці ў трубе.

Гэта адна з прычын, чаму ультрагукавой расходомер не можа проста меркаваць, што адно вымеранае значэнне хуткасці заўсёды адпавядае адной і той жа сярэдняй хуткасці патоку.

5. Ультрагукавыя расходомеры з вымярэннем ліку Рэйнальдса і часу праходжання

Для ультрагукавога расходомера з вымярэннем часу праходжання прыбор вымярае розніцу паміж часам праходжання ультрагуку вышэй па плыні і ніжэй па плыні.

Асноўныя адносіны можна спрасціць наступным чынам:

Хуткасць патоку ∝ Розніца часу праходжання

Вымераная хуткасць звязана з кампанентай хуткасці ўздоўж ультрагукавой акустычнай траекторыі.

Аднак фактычны аб'ёмны расход залежыць адсярэдняя хуткасць па ўсім папярочным сячэнні трубы.

Такім чынам, прыбор павінен суадносіць вымераную акустычную хуткасць з сярэдняй хуткасцю патоку.

На гэтыя адносіны можа паўплываць:

• лік Рэйнальдса
• Размяшчэнне акустычнага шляху
• Колькасць акустычных шляхоў
• Профіль патоку
• Дыяметр трубы
• Парушэнні патоку

6. Чаму эфект больш важны пры нізкіх хуткасцях патоку?

З:

Re = ρVD / μ

Калі хуткасць патоку памяншаецца, лік Рэйнальдса таксама памяншаецца.

Напрыклад, сістэма, якая працуе з высокай хуткасцю патоку, можа мець цалкам развіты турбулентны паток, у той час як тая ж сістэма, якая працуе з вельмі нізкай хуткасцю патоку, можа набліжацца да пераходнага або ламінарнага рэжыму.

Такім чынам, профіль хуткасці можа істотна змяняцца пры змене хуткасці патоку.

Гэта азначае, што сувязь паміж:

Хуткасць акустычнага шляху

і

Сярэдняя хуткасць трубы

таксама можа змяніцца.

Для некаторых ультрагукавых расходомераў гэта можа стаць важным фактарам пры вымярэнні вельмі нізкіх хуткасцей патоку або высокавязкіх вадкасцей.

7. Чаму глейкасць вадкасці мае значэнне?

Лік Рэйнальдса адваротна прапарцыйны глейкасці:

Re = ρVD / μ

Калі глейкасць павялічваецца, лік Рэйнальдса памяншаецца пры тым жа дыяметры трубы, шчыльнасці і хуткасці патоку.

Напрыклад, разгледзім дзве вадкасці, якія цякуць з аднолькавай хуткасцю па адной трубе:

Вада → Нізкая глейкасць → Вышэйшая глейкасць

Цяжкая нафта → Высокая глейкасць → Ніжняя глейкасць

Цяжкая нафта можа мець значна больш выяўлены профіль хуткасці з-за яе больш высокай глейкасці.

Такім чынам, адзін і той жа ультрагукавой расходомер можа паводзіць сябе па-рознаму пры вымярэнні розных вадкасцей, нават калі дыяметр трубы і хуткасць патоку падобныя.

8. Чаму даўжыня прамой трубы звязана з лікам Рэйнальдса?

Лік Рэйнальдса таксама дапамагае растлумачыць, чаму дастатковая даўжыня прамой трубы важная.

Пасля ўстаноўкі калена, клапана, рэдуктара або іншага фітынга профіль патоку можа парушыцца.

Паток павінен прайсці дастатковую адлегласць, каб развіцца ў бок больш стабільнага профілю.

Працэс развіцця залежыць ад такіх фактараў, як:

• лік Рэйнальдса
• Дыяметр трубы
• Шурпатасць трубы
• Тып парушэння
• Хуткасць патоку

Калі ультрагукавой расходомер усталяваны занадта блізка да перашкоды вышэй па плыні, на вымераную акустычную хуткасць можа моцна паўплываць асіметрычны або закручаны профіль хуткасці.

Гэта можа прывесці да памылак вымярэння.

Вось чаму тыповае кіраўніцтва па ўсталёўцы ультрагукавога расходомера можа рэкамендаваць:

Прамая труба вышэй па цячэнні ≥ 10D

Прамая труба ніжэй па цячэнні ≥ 5D

дзеD — унутраны дыяметр трубы.

9. Ці заўсёды больш высокі лік Рэйнальдса азначае лепшую дакладнасць?

Не абавязкова.

Больш высокі лік Рэйнальдса звычайна паказвае на больш турбулентны паток, але дакладнасць вымярэнняў залежыць ад многіх іншых фактараў.

Да іх адносяцца:

• Профіль патоку
• Усталёўка пераўтваральніка
• Стан трубы
• Даўжыня прамой трубы
• Якасць сігналу
• Канфігурацыя акустычнага шляху
• Уласцівасці вадкасці
• Каліброўка вымяральніка

Такім чынам, лік Рэйнальдса варта лічыць важнымпараметр умоў патоку, а не прамы паказчык дакладнасці расходомера.

10. Чаму шматканальныя ультрагукавыя расходомеры менш адчувальныя да профілю патоку?

Гэта адна з важных пераваг шматшляховага ультрагукавога вымярэння расходу.

Адзін акустычны шлях вымярае хуткасць уздоўж абмежаванай вобласці трубы.

Шматканальны расходомер выкарыстоўвае некалькі акустычных шляхоў у розных месцах.

Канцэптуальна:

Адзін шлях

→ Вымярае хуткасць уздоўж аднаго акустычнага шляху

Шматшляховы

→ Узоры некалькіх участкаў трубы

Прыбор можа выкарыстоўваць гэтыя вымярэнні для атрымання лепшага ўяўлення аб агульным размеркаванні хуткасці.

Такім чынам, шматканальныя ультрагукавыя расходомеры часта аддаюць перавагу ў выпадках, калі:

• Профіль патоку складаны
• Патрабуецца высокая дакладнасць
• Дыяметр трубы вялікі
• Парушэнні патоку цяжка пазбегнуць

Лік Рэйнальдса ўплывае на вымярэнне ультрагукавога патоку, таму што ён уплывае нарэжым патоку і профіль хуткасці ўнутры трубы.

Асноўная сувязь:

Re = ρVD / μ

Па меры змены ліку Рэйнальдса паток можа пераходзіць паміж ламінарным, пераходным і турбулентным рэжымамі. Гэта змяняе размеркаванне хуткасці па ўсёй трубе і, такім чынам, уплывае на суадносіны паміж хуткасцю, вымеранай уздоўж ультрагукавой акустычнай траекторыі, і фактычнай сярэдняй хуткасцю патоку.

Для практычнага ультрагукавога вымярэння расходу лік Рэйнальдса варта ўлічваць разам з:

Хуткасць патоку + Вязкасць вадкасці + Дыяметр трубы + Профіль патоку + Даўжыня прамой трубы + Канфігурацыя акустычнага шляху

Разуменне ліку Рэйнальдса дапамагае інжынерам лепш ацаніцьумовы патоку, устаноўка датчыка, нявызначанасць вымярэння і прыдатнасць ультрагукавога расходомера для канкрэтнага прымянення.