層流和湍流有什么區(qū)別？

2022年2月15日 Bronkhorst

層流和湍流是測量流量時需考慮的兩個重要方面。湍流效應(yīng)何時發(fā)生？對流量計有什么影響？如何減少湍流的不利影響？ Bronkhorst與您分享3個小貼士，以盡量減少湍流的不利影響。


為什么層流對流量計很重要？湍流對流量計的影響有多大取決于流量計的類型。如果您使用基于“旁路”工作原理的熱式流量計，其主流量通過節(jié)流元件，一小部分流量通過傳感器。這兩部分流量之間的比例由傳感器上的壓降和層流中的阻力決定。湍流效應(yīng)會干擾此比例。旁路傳感器儀表通常用于非常準(zhǔn)確的測量，湍流效應(yīng)對測量結(jié)果影響甚大。基于“旁路”原理的熱式流量計在層流條件下表現(xiàn)優(yōu)化。	“旁路”傳感器工作原理，帶層流元件（LFE）


什么是湍流效應(yīng)？
實際上，您會經(jīng)常遇到湍流。湍流可能是由裝置（如閥門或適配器）中的（過多）限制以及所用介質(zhì)的高流速造成的。這種效應(yīng)稱為“湍流效應(yīng)”。在每一次阻塞中，氣流都會被破壞，氣體流速也會發(fā)生變化。除了使用限制外，管道長度也是需要考慮的因素。由于湍流需要一段時間才能再次達(dá)到層流，因此使用正確的管道長度非常重要。

湍流
湍流是流量儀表入口處需要處理的一種情況，因為它會影響測量的準(zhǔn)確性。建議在儀表之前調(diào)整為層流。然而，當(dāng)儀表用作流量控制器時，儀表后面有閥門，可能會再次引起湍流。湍流并非對所有類型的流量計都有不利影響。主要是使用旁路原理的熱式流量計對這種影響很敏感。基于科里奧利、CTA（恒溫風(fēng)速儀）或超聲波原理的流量計不受湍流影響。

湍流 VS 層流如何判斷是層流還是湍流？層流通過在圓柱管中使用墨水的實驗得以可視化。墨水注入含水流的玻璃管中。當(dāng)水的速度仍然很慢時，墨水似乎沒有與水混合，流線是平行的，這叫層流。如果水的速度加快，在一定的速度下會發(fā)生突然的變化。流量完全中斷，水通過墨水變得均勻。流線是混沌的，不再是線性的，稱為湍流。雷諾數(shù)（Re）的重要性理論上，流型取決于四個變量：管道直徑流體速度流體密度流體動態(tài)粘度	層流 VS 湍流
這些變量結(jié)合起來提供了所謂的雷諾數(shù)（Re）,這是用于描述流動條件是導(dǎo)致層流還是湍流的重要條件。一般來說，層流發(fā)生在低雷諾數(shù)下(≤ ca. 2300)，湍流發(fā)生在高雷諾數(shù)下(≥ ca. 3000)。Re 2300-3000 之間有“過渡流“，意味著流量可以是層流或湍流（所提到的數(shù)字是針對圓柱形管道的）。


減少湍流不利影響的3個技巧？
使用“旁路“原理熱式質(zhì)量流量計時，建議：
1) 盡量避免過程中出現(xiàn)限制，如閥門、變徑和彎管接頭：
不要將流量計直接安裝在限制裝置（如閥門）后面。如果不行，請在閥門和流量計之間使用湍流過濾器或使用集成湍流過濾器的流量計。盡可能減少流量計附近的彎管接頭數(shù)量。
2) 通過使用正確的管道長度限制流速。通常建議使用最小管道長度：
儀表入口處管道直徑的10倍儀表出口處管道直徑的4倍（僅流量計）對于>100 l/min的氣體流量，通常至少使用12mm 或 ?” 管道。
3) 在工藝流程中采用：“湍流”過濾器
湍流過濾器將在流量到達(dá)傳感器之前對其進(jìn)行過濾，使其再次成為層流。如今，流量計通常在流量計中集成此類過濾器（例如Bronkhorst EL-FLOW series）或在流量計內(nèi)部具有延伸的流道（例如Bronkhorst Low delta P flow meters)。

怎么選？基于工藝流程和應(yīng)用很大程度上取決于應(yīng)用中湍流的后果。例如在半導(dǎo)體工藝中，尤其是在涂層工藝（如沉積）中，湍流是萬萬不能的！穩(wěn)定的過程至關(guān)重要。然而，在其他涂層工藝，如火焰噴涂技術(shù)，由于氣流的高壓，湍流的影響較小。如您需要選擇流量計，請聯(lián)系我們。	流量計內(nèi)部的延伸流道