Reynolds getal en Flowprofielen

Het flowprofiel kan een belangrijke invloed hebben op een flowmeter. De meeste flowmeters zijn snelheidsmeters. Afhankelijk van het meetprincipe heeft het flowprofiel een grotere of kleinere invloed. Wanneer een gas of vloeistof door een rechte, gesloten, ronde leiding stroomt, ontstaat na veel rechte lengtes een ontwikkeld flowprofiel. Dit betekent dat het flowprofiel, de snelheidsverdeling van het medium over de doorsnede van de leiding, niet meer wijzigt. Ook niet na een extra 10D of 100D leiding. Het snelheidspatroon is bovendien symmetrisch, zonder swirl of crossflow.

reynolds getal (re)

Re is dimensieloos en is een getal dat gebruikt wordt om het flowgedrag in een ronde (of in een andere vorm) leidingen te beschrijven. Het is feitelijk een maat voor de turbulentie. Re wordt berekend met de formule:

Re = ρ . v. D / µ

ρ = de dichtheid in kg/m³
v = de snelheid in m/s
D = de inwendige diameter van de leiding in m
µ = de dynamische viscositeit uitgedrukt in kg/[m.s]

Hoe hoger de dichtheid, snelheid en diameter van de leiding en hoe lager de viscositeit, des te hoger is Re (het gedrag van het medium is turbulenter).
Het Reynolds getal is van belang bij de selectie van flowmeters. En voor de prestatie van een gekozen instrument. Met name insteekflowmeters, maar bijvoorbeeld ook opklembare ultrasone flowmeters zijn "Reynoldsgevoelig". Sommige flowmeters functioneren goed in compleet turbulente omstandigheden andere juist niet.

Vortex flowmeters bijvoorbeeld functioneren niet of zeer slecht bij een lage Re. Is Re lager dan 5.000 is een vortexmeter geen optie, tussen 5.000 < Re < 10.000 kan een correctie het meetresultaat verbeteren. In dit geval heeft de flowmeter een behoorlijke stroomsnelheid nodig om de vortices op te wekken. En de wervelingen van de vorices zijn ook alleen maar mogelijk als het medium niet te stroperig is en in grotere leidingdiameters wordt dat ook makkelijker en met een lagere massa van het medium is er minder energie nodig om het medium in beweging te krijgen voor het maken van vortices. Voor de meeste meettechnieken is het wenselijk naar het Re-getal te kijken.

laminair flowprofiel

Wanneer het dimensieloze Reynolds getal (Re) lager is dan 2300 is er sprake van een flowprofiel laminair. Het profiel ziet er parabolisch uit. Het is te visualiseren door bijvoorbeeld water langzaam door een plexiglas leiding te laten stromen en op een bepaald punt inkt te injecteren. Er vormt zich dan een dunne streep inkt die zich met het water door de leiding verplaatst.

Wanneer de stromingssnelheid langzaam opgevoerd wordt, komt er een moment waarop het stromingsgedrag turbulent wordt. De streep inkt wordt dan sterk vermengd met het water en het water verkleurt achter het injectiepunt.
Het turbulente gedrag doet zich voor bij een Re > 4000. In het gebied 2300 < Re < 4000 is er een overgangsgebied. Het flowprofiel kan daar laminair zijn, maar niet stabiel.

Het laminaire flowprofiel is parabolisch. Een ander kenmerk van dit flowprofiel is dat de maximum snelheid in het exacte midden van de leiding 2 x de gemiddelde snelheid is in de leiding. Ofwel:

Vmax = 2 x Vgem

Turbulent flowprofiel

Het turbulent flowprofiel is veel vlakker. Hoe turbulenter, des te vlakker. Het profiel kenmerkt zich doordat de snelheid van het medium op een bepaald punt op een bepaald moment alle richtingen kan hebben, maar in de tijd gezien gemiddeld wel in de stromingsrichting in de leiding. Het flowprofiel is niet geheel vlak, en de maximale snelheid is 1,1 tot 1,15 maal de gemiddelde stromingssnelheid, ofwel:

Vmax = ca. 1,13 x Vgem