2015-2020 Интернет магазин eVacuum.ru предлагает все необходимые комплектующие для создания, проектирования и модернизации вакуумных систем.
Купить вакуумное оборудование в
интернет магазине eVacuum.ru

Основы теории потока

Потоки газа и жидкости (течение жидкости) могут быть отнесены к одному из трех видов: турбулентный, переходный и ламинарный.

Турбулентный поток по своей природе – хаотичный поток. В турбулентном потоке жидкость беспорядочно перемешивается. Постоянные изменения в поведении потока (спутные струи, вихри, водовороты) затрудняют точное измерение его параметров, или даже делают это невозможным. Турбулентное течение обычно бывает при высоких скоростях потока и/или в трубах больших диаметров. Как правило, такое течение бывает полезно, когда необходимо сохранить взвешенные в жидкости твердые частицы, чтобы избежать их оседания и засорений.

Обычный поток имеет черты и ламинарного, и турбулентного. Края потока – ламинарные, в то время как его центр остается турбулентным. Как и для турбулентного потока, для переходного потока точное измерение параметров затруднено, или даже совсем невозможно.

Ламинарный или плавный поток, обычно, образуется при небольших скоростях течений через небольшие трубы. По существу, струйки жидкости текут в виде цилиндров. Благодаря вязкости крайний цилиндр, прикасающийся к стенке трубы, остается неподвижным. Следующий цилиндр течет рядом с неподвижным цилиндром, который оказывает меньшее сопротивление, чем стенка трубы. Этот цилиндр перемещается медленнее всех. И так далее до самого центрального цилиндра, текущего с самой большой скоростью.

Параметры потока

Число Рейнольдса

Как нам узнать, поток турбулентный, переходный или ламинарный? В конце 19 века, Осборн Рейнольдс открыл, что тип течения жидкости связан с ее плотностью, средней скоростью, диаметром и вязкостью. Это безразмерное (не имеющее физических параметров) число помогает прогнозировать изменение типа потока. Проще говоря, число Рейнольдса может быть определено как:

Плотность x Средняя скорость x Диаметр / Вязкость

Обычно считается, что поток ламинарный, если число Рейнольдса менее 2000. Переходный поток имеет число Рейнольдса между 2000 и 4000. Поток относят к турбулентному, если число Рейнольдса более 4000. Анализируя уравнение Рейнольдса, мы видим, что уменьшение плотности, средней скорости и/или диаметра турбулентного потока (при неизменной вязкости) делает поток «более» ламинарным. То же самое будет происходить при увеличении вязкости жидкости (при сохранении плотности, средней скорости и диаметра, одновременно). Противоположные изменения делают поток более турбулентным.

Падение давления

Падение давления происходит из-за его потерь по мере того, как жидкость перемещается по трубе или каналу. Если вы сливаете жидкость по трубе длиной в милю, то маловероятно, что что-то появится на другом конце трубы. Это происходит из-за потерь давления. Во время того, как жидкость течет по трубе, трение со стенками трубы и между частицами жидкости вызывает потери давления. Потери давления примерно пропорциональны длине протока жидкости.

Массовый или объемный расход

Масса – мера измерения количества вещества, из которого состоит предмет. Масса предмета считается постоянной. Объем отражает количество пространства, которое занимает объект. Объем объекта может изменяться в зависимости от давления, температуры и других факторов. Что касается потока, при комнатной температуре и низком давлении объемный и массовый расходы будут примерно одинаковыми, но при изменении температуры и/или давления эти расходы будут очень сильно различаться из-за того, что температура и давления газа непосредственно влияют на объем. Например, предположим, что при наполнении гелием воздушных шариков объемом 250 мл используется объемный расходомер, но наполняющий шланг лежит около нагревателя, который циклично включается и выключается и периодически нагревает поступающий гелий. Из-за того, что объемный расходомер измеряет только объем прошедшего газа, все шары первоначально будут одинаковых размеров. Однако, если эти шары разместить в помещении и подождать пока их температуры выровняются, то большая их часть будет разных размеров. С другой стороны, если при наполнении гелием шаров стандартного размера в 250 мл использовать массовый расходомер, то первоначально наполненные шары будут разных размеров, но, после выравнивания температур, все они будут одинаковыми.

Объемные расходомеры Alicat серий V и VC предназначены для работы в диапазоне низких давлений. Это из-за того, что точные измерения объемного расхода по разнице давлений требуют, чтобы поток у датчика дифференциального давления был ламинарным. Тип потока определяется числом Рейнольдса. Если число Рейнольдса оказывается выше определенного значения, то поток будет не ламинарный. Большинство из объемных расходомеров Alicat имеют такой размер, который позволяет производить надежные измерения во всем диапазоне при давлениях в магистрали до 10 – 15 фунтов/дюйм2, если в ней находится воздух.

Как общее правило, если у вас давление в магистрали будет выше 15 фунтов/дюйм², то вам больше подойдут массовые расходомеры Alicat благодаря их дополнительным датчикам, необходимым для измерений при более высоких плотностях.