Die Bedeutung der Reynoldszahl (Re)
Theoretisch ist das Strömungsmuster von 4 Variablen abhängig:
- vom Durchmesser des Rohres (charakteristische Länge)
- von der Strömungsgeschwindigkeit
- von der Dichte des Fluids
- von der dynamischen Viskosität des Fluids
Diese vier Faktoren zusammen ergeben die so genannte
Reynoldszahl (Re). Die Reynoldszahl ist eine wichtige Kennzahl, die beschreibt, ob Strömungsverhältnisse zu
laminarer Strömung oder turbulenter Strömung führen. Sie zeigt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Reibungskräften innerhalb des Fluids.
Generell kann gesagt werden, dass eine
laminare Strömung bei einer niedrigen Reynoldszahl (≤ ca. 2300) und eine
turbulente Strömung bei einer hohen Reynoldszahl (≥ ca. 3000) auftritt. Zwischen diesen beiden Zahlen (Re 2300-3000) befindet sich eine "
Übergangsströmung", d.h. die Strömung kann laminar oder turbulent sein (die genannten Zahlen beziehen sich auf ein zylindrisches Rohr).
Wann tritt der Turbulenzeffekt auf?
Wie bereits erwähnt, ist der Turbulenzeffekt ein häufiger Effekt, der bei Anlagen mit (zu vielen) Einschränkungen, wie z.B. Ventilen oder Adaptern, in Kombination mit einer hohen Geschwindigkeit des verwendeten Fluids auftreten kann. In jeder Einschränkung wurde der Durchfluss unterbrochen und die Geschwindigkeit des Gases ändert sich (wie in Bild 2 dargestellt). Neben der Verwendung von Restriktionen ist auch die Rohrlänge zu berücksichtigen. Da es einige Zeit dauert, bis eine turbulente Strömung wieder laminar wird, ist es wichtig, die richtige Rohrlänge zu verwenden.
Eine turbulente Strömung sollten Sie am Eingang Ihres Durchflussmessgerätes unbedingt verhindern, weil sie die Messgenauigkeit stark beeinflusst. Eine laminare Strömung direkt vor dem Messgerät ist also deutlich besser geeignet. Das Instrument selbst, z.B. ein Durchflussregler mit einem Ventil hinter dem Messteil, kann allerdings auch selbst eine turbulente Strömung verursachen
Natürlich muss auch darauf hingewiesen werden, dass nicht alle Arten der Durchflussmesstechnik durch Turbulenz nachteilig beeinflusst werden. Durchflussmesser auf
Coriolis-,
CTA- (Constant Temperature Anemometry) oder
Ultraschall-Prinzip sind unabhängig von Turbulenzen, bei thermischen Durchflussmessern mit Bypass-Prinzip ist der Einfluss allerdings nicht unerheblich.