TheՌեյնոլդսի թիվ (Re)հեղուկների մեխանիկայի ամենակարևոր անչափ պարամետրերից մեկն է։ Այն օգնում է նկարագրել միջև եղած կապըիներցիոն ուժեր և մածուցիկ ուժերհոսող հեղուկում և սովորաբար օգտագործվում է որոշելու համար, թե արդյոք հոսքըշերտավոր, անցումային կամ տուրբուլենտ.

Ուլտրաձայնային հոսքի չափման համար Ռեյնոլդսի թիվը կարևոր է, քանի որ հոսքի ռեժիմը անմիջականորեն ազդում էԽողովակի ներսում արագության պրոֆիլըՔանի որ ուլտրաձայնային հոսքաչափը չափում է հեղուկի արագությունը ակուստիկ ուղու երկայնքով և օգտագործում է այդ տեղեկատվությունը՝ միջին հոսքի արագությունը որոշելու համար, արագության պրոֆիլի փոփոխությունները կարող են ազդել չափման ճշգրտության վրա։

1. Ի՞նչ է Ռեյնոլդսի թիվը։

Խողովակի ներսում հոսքի համար Ռեյնոլդսի թիվը կարող է արտահայտվել հետևյալ կերպ.

Re = ρVD / μ

կամ՝

Re = VD / ν

որտեղ՝

• Re= Ռեյնոլդսի թիվ
• ρ= հեղուկի խտություն
• V= միջին հոսքի արագություն
• D= խողովակի ներքին տրամագիծը
• μ= դինամիկ մածուցիկություն
• ν= կինեմատիկական մածուցիկություն

Ռեյնոլդսի թիվը չափազուրկ է։

Ընդհանուր առմամբ, շրջանաձև խողովակում հոսքի համար՝

• Re < մոտավորապես 2,300→ Լամինար հոսք
• Վեր ≈ 2,300–4,000→ Անցումային հոսք
• Վեր > մոտավորապես 4,000→ Անկայուն հոսք

Այս արժեքները ընդհանուր ուղեցույցներ են, այլ ոչ թե բացարձակ սահմաններ, քանի որ իրական հոսքի պայմանները կարող են տարբեր լինել՝ կախված խողովակի երկրաչափությունից և խանգարումներից։

2. Ո՞րն է տարբերությունը լամինար և տուրբուլենտ հոսքի միջև։

Հիմնական տարբերությունը խողովակի վրա արագության բաշխման ձևն է։

Լամինար հոսք

Լամինար հոսքի դեպքում հեղուկը շարժվում է համեմատաբար կարգավորված շերտերով։

Արագության պրոֆիլը սովորաբար ավելի ցայտուն է, հետևյալն է.

• Խողովակի պատի մոտ ավելի ցածր արագություն
• Ավելի մեծ արագություն դեպի կենտրոն
• Համեմատաբար կանխատեսելի պարաբոլիկ արագության պրոֆիլ

Պարզեցված ներկայացումը հետևյալն է.

Պատ → Ցածր արագություն → Բարձր արագություն → Ցածր արագություն → Պատ

Անհանգիստ հոսք

Տուրբուլենտ հոսքի դեպքում հեղուկի շարժումը շատ ավելի անկանոն է։

Փոքր մասշտաբի տատանումները և խառնումը արագության պրոֆիլը դարձնում են ավելի հարթ՝ համեմատած լամինար հոսքի հետ։

Սա նշանակում է, որ խողովակի վրայով արագությունների բաշխումը զգալիորեն փոխվում է Ռեյնոլդսի թվի հետ մեկտեղ։

3. Ինչո՞ւ է սա կարևոր ուլտրաձայնային հոսքաչափի համար։

Ուլտրաձայնային հոսքաչափը անմիջապես չի չափում խողովակով անցնող հեղուկի ընդհանուր ծավալը։

Փոխարենը, այն չափում էհեղուկի արագությունըև այնուհետև հաշվարկում է ծավալային հոսքի արագությունը։

Պարզեցված ձևով՝

Q = V × A

որտեղ՝

• Q= ծավալային հոսքի արագություն
• V= միջին հոսքի արագություն
• A= խողովակի լայնական հատույթի մակերեսը

Խնդիրն այն է, որ ուլտրաձայնային ակուստիկ ուղու երկայնքով չափված արագությունը կարող է ճիշտ հավասար չլինել ամբողջ խողովակի միջին արագությանը։

Հետևաբար, սարքը պետք է հաշվի առնի չափված ակուստիկ արագության և իրական միջին հոսքի արագության միջև եղած կապը։

Այս կապը մեծապես կախված է արագության պրոֆիլից։

4. Ինչպե՞ս է Ռեյնոլդսի թիվը փոխում արագության պրոֆիլը։

Դիտարկենք երկու դեպք։

Ռեյնոլդսի ցածր թիվ

Ցածր Re-ի դեպքում հոսքը կարող է լինել լամինար։

Արագության պրոֆիլը ուժեղ կորացած է.

Կենտրոնական արագություն > Միջին արագություն > Մոտակա պատի արագություն

Եթե ​​ուլտրաձայնային ակուստիկ ուղին անցնում է խողովակի որոշակի հատվածով, չափված արագությունը կարող է զգալիորեն տարբերվել լայնական հատույթի միջին արագությունից։

Բարձր Ռեյնոլդսի թիվ

Բարձր Re-ի դեպքում հոսքը դառնում է տուրբուլենտ։

Խառնումը հակված է ստեղծել ավելի հարթ արագության պրոֆիլ, չնայած արագությունը դեռևս նվազում է խողովակի պատի ուղղությամբ։

Հետևաբար, ակուստիկ ուղու արագությունը կարող է տարբեր կապ ունենալ խողովակի միջին արագության հետ։

Սա այն պատճառներից մեկն է, թե ինչու ուլտրաձայնային հոսքաչափը չի կարող պարզապես ենթադրել, որ մեկ չափված արագության արժեքը միշտ համապատասխանում է նույն միջին հոսքի արագությանը։

5. Ռեյնոլդսի թվի և տարանցիկ ժամանակի ուլտրաձայնային հոսքաչափեր

Տեղափոխման ժամանակի ուլտրաձայնային հոսքաչափի դեպքում սարքը չափում է վերև և ներքև հոսանքին հասնող ուլտրաձայնային տեղափոխման ժամանակների տարբերությունը։

Հիմնական կապը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ.

Հոսքի արագություն ∝ Տրանզիտային ժամանակի տարբերություն

Չափված արագությունը կապված է ուլտրաձայնային ակուստիկ ուղու երկայնքով արագության բաղադրիչի հետ։

Սակայն, իրական ծավալային հոսքի արագությունը կախված էմիջին արագությունը խողովակի ամբողջ լայնական հատվածքում.

Հետևաբար, սարքը պետք է կապակցի չափված ակուստիկ արագությունը միջին հոսքի արագության հետ։

Այս հարաբերությունը կարող է ազդվել հետևյալի վրա.

• Ռեյնոլդսի թիվը
• Ակուստիկ ուղու տեղակայում
• Ակուստիկ ուղիների քանակը
• Հոսքի պրոֆիլ
• Խողովակի տրամագիծը
• Հոսքի խանգարումներ

6. Ինչո՞ւ է էֆեկտն ավելի կարևոր ցածր հոսքի արագությունների դեպքում։

Սկսած՝

Re = ρVD / μ

երբ հոսքի արագությունը նվազում է, Ռեյնոլդսի թիվը նույնպես նվազում է։

Օրինակ, բարձր հոսքի արագությամբ գործող համակարգը կարող է ունենալ լիովին զարգացած տուրբուլենտ հոսք, մինչդեռ նույն համակարգը, որը գործում է շատ ցածր հոսքի արագությամբ, կարող է մոտենալ անցումային կամ շերտավոր ռեժիմին։

Հետևաբար, արագության պրոֆիլը կարող է զգալիորեն փոխվել հոսքի արագության փոփոխությանը զուգընթաց։

Սա նշանակում է, որ միջև եղած կապը.

Ակուստիկ ուղու արագություն

և

Խողովակի միջին արագությունը

կարող է նաև փոխվել։

Որոշ ուլտրաձայնային հոսքաչափերի համար սա կարող է կարևոր նկատառում դառնալ շատ ցածր հոսքի արագությունները կամ բարձր մածուցիկ հեղուկները չափելիս։

7. Ինչո՞ւ է հեղուկի մածուցիկությունը կարևոր։

Ռեյնոլդսի թիվը հակադարձ համեմատական ​​է մածուցիկությանը.

Re = ρVD / μ

Եթե ​​մածուցիկությունը մեծանում է, Ռեյնոլդսի թիվը նվազում է նույն խողովակի տրամագծի, խտության և հոսքի արագության համար։

Օրինակ՝ դիտարկենք երկու հեղուկ, որոնք նույն արագությամբ հոսում են նույն խողովակով։

Ջուր → Ցածր մածուցիկություն → Բարձր Re

Ծանր յուղ → Բարձր մածուցիկություն → Ցածր ռեակտիվություն

Ծանր նավթը կարող է ունենալ շատ ավելի արտահայտված արագության պրոֆիլ՝ իր ավելի բարձր մածուցիկության պատճառով։

Հետևաբար, նույն ուլտրաձայնային հոսքաչափը կարող է տարբեր կերպ գործել տարբեր հեղուկներ չափելիս, նույնիսկ եթե խողովակի տրամագիծը և հոսքի արագությունը նման են։

8. Ինչո՞ւ է ուղիղ խողովակի երկարությունը կապված Ռեյնոլդսի թվի հետ։

Ռեյնոլդսի թիվը նաև օգնում է բացատրել, թե ինչու է կարևոր ուղիղ խողովակի բավարար երկարությունը։

Արմունկի, փականի, ռեդուկտորի կամ այլ միացումից հետո հոսքի պրոֆիլը կարող է խախտվել։

Հոսքը բավարար հեռավորության վրա է՝ ավելի կայուն պրոֆիլ ստանալու համար։

Զարգացման գործընթացը կախված է այնպիսի գործոններից, ինչպիսիք են՝

• Ռեյնոլդսի թիվը
• Խողովակի տրամագիծը
• Խողովակի կոպտություն
• Խանգարման տեսակը
• Հոսքի արագություն

Եթե ​​ուլտրաձայնային հոսքաչափը տեղադրվում է վերևի հոսանքի խանգարմանը չափազանց մոտ, չափված ակուստիկ արագությունը կարող է ուժեղ ազդեցություն ունենալ ասիմետրիկ կամ պտտվող արագության պրոֆիլի վրա։

Սա կարող է առաջացնել չափման սխալներ։

Ահա թե ինչու ուլտրաձայնային հոսքաչափի տեղադրման բնորոշ ուղեցույցը կարող է խորհուրդ տալ.

Վերևից ուղիղ խողովակ ≥ 10D

Հոսանքն ի վար ուղիղ խողովակ ≥ 5D

որտեղD-ն խողովակի ներքին տրամագիծն է.

9. Արդյո՞ք Ռեյնոլդսի ավելի բարձր թիվը միշտ նշանակում է ավելի մեծ ճշգրտություն:

Ոչ պարտադիր։

Ավելի բարձր Ռեյնոլդսի թիվը սովորաբար ցույց է տալիս ավելի տուրբուլենտ հոսք, սակայն չափման ճշգրտությունը կախված է շատ այլ գործոններից։

Դրանք ներառում են՝

• Հոսքի պրոֆիլ
• Փոխարկիչի տեղադրում
• Խողովակի վիճակը
• Ուղիղ խողովակի երկարություն
• ազդանշանի որակը
• Ակուստիկ ուղու կոնֆիգուրացիա
• Հեղուկի հատկություններ
• Չափիչի կարգաբերում

Հետևաբար, Ռեյնոլդսի թիվը պետք է դիտարկել որպես կարևորագույն ցուցանիշ։հոսքի վիճակի պարամետր, այլ ոչ թե հոսքաչափի ճշգրտության ուղղակի ցուցիչ։

10. Ինչո՞ւ են բազմաուղի ուլտրաձայնային հոսքաչափերը պակաս զգայուն հոսքի պրոֆիլի նկատմամբ:

Սա բազմաուղի ուլտրաձայնային հոսքի չափման կարևոր առավելություններից մեկն է։

Մեկ ակուստիկ ուղին նմուշառում է արագությունը խողովակի սահմանափակ տարածքում։

Բազմուղի հոսքաչափը տարբեր դիրքերում օգտագործում է մի քանի ակուստիկ ուղիներ։

Հայեցակարգային առումով՝

Միակ ուղի

→ Չափում է արագությունը մեկ ակուստիկ ուղու երկայնքով

Բազմուղի

→ Խողովակի բազմաթիվ շրջանների նմուշառում

Սարքը կարող է օգտագործել այս չափումները՝ ընդհանուր արագության բաշխման ավելի լավ ներկայացում ստանալու համար։

Հետևաբար, բազմաուղի ուլտրաձայնային հոսքաչափերը հաճախ նախընտրելի են այն դեպքերում, երբ՝

• Հոսքի պրոֆիլը բարդ է
• Պահանջվում է բարձր ճշգրտություն
• Խողովակի տրամագիծը մեծ է
• Հոսքի խանգարումները դժվար է խուսափել

Ռեյնոլդսի թիվը ազդում է ուլտրաձայնային հոսքի չափման վրա, քանի որ այն ազդում էԽողովակի ներսում հոսքի ռեժիմը և արագության պրոֆիլը.

Հիմնական հարաբերությունը հետևյալն է.

Re = ρVD / μ

Ռեյնոլդսի թվի փոփոխության հետ մեկտեղ հոսքը կարող է անցում կատարել լամինար, անցումային և տուրբուլենտ ռեժիմների միջև։ Սա փոխում է արագության բաշխումը խողովակի երկայնքով և, հետևաբար, ազդում է ուլտրաձայնային ակուստիկ ուղու երկայնքով չափված արագության և իրական միջին հոսքի արագության միջև եղած կապի վրա։

Գործնականում ուլտրաձայնային հոսքի չափման համար Ռեյնոլդսի թիվը պետք է դիտարկել հետևյալի հետ միասին՝

Հոսքի արագություն + Հեղուկի մածուցիկություն + Խողովակի տրամագիծ + Հոսքի պրոֆիլ + Ուղիղ խողովակի երկարություն + Ակուստիկ ուղու կոնֆիգուրացիա

Ռեյնոլդսի թվի ըմբռնումը օգնում է ինժեներներին ավելի լավ գնահատելհոսքի պայմանները, սենսորի տեղադրումը, չափման անորոշությունը և ուլտրաձայնային հոսքաչափի պիտանիությունը որոշակի կիրառման համար.