流量測定に関しては、層流と乱流という2つの重要な要因が流量測定に大きな影響を与えます。これらの現象は流量計の挙動に重要な役割を果たし、流量計測の精度に影響を与えます。ここでは、層流と乱流の違いを理解し、乱流の悪影響を最小限に抑えるためのヒントを探り、なぜ層流が流量計にとって重要なのかを学びましょう。
層流を理解する
層流とは、流体粒子が滑らかで平行な層をなして移動する様子のことである。この整然とした動きは、優れた流体混合を可能にし、エネルギー損失を低減するため、様々な流れの用途において非常に望ましい。層流では、流体の速度は比較的一定に保たれます。この特性により、明確に定義された流量プロファイルが形成され、一貫性のある正確な流量測定が保証されます。層流は一般的に低流量で、流れが妨げられていない状況で観察されます。つまり、流路にバルブ、アダプター、カップリングなどの障害物があまりないことを意味します。
乱流を理解する
乱流は、流体の流れが乱れたときに発生します。多くの場合、流体の流速が高いことと、バルブやアダプターのような制限によって引き起こされます。乱流効果」として知られるこの現象は、カオス的で非線形な流れパターンを引き起こします。乱流は、流量計測の精度に影響を及ぼす可能性があるため、流量計測機器の入口で防ぎたいものです。流量計の直前は層流であることが望ましい。しかし、流量計の後ろにバルブがあり、流量制御器として使用される流量計自体が再び乱流を引き起こす可能性があります。すべての種類の流量計が不利になるわけではありません。主にflow meters利用した熱式bypass principleがこの影響を受けやすい。コリオリ作動原理に基づく流量計、超音波流量計、または「インライン」流量を測定する流量計（定温流速計とも呼ばれる）は、乱流の影響を受けません。
層流と乱流の比較
流れが層流か乱流か、どうやって見分けるのですか？
一般的に、流れには層流と乱流の2種類があると言われています。写真にあるように、層流は円筒形のチューブに入ったインクを使った実験で可視化されている。水が流れるガラス管の真ん中にインクを注入する。水の速度がまだ小さいとき、インクは水と混ざり合うことなく、流線は平行である。
水の速度が速くなると、ある速度で急激な変化が起こる。流れは完全に乱れ、水はインクの中で均質になる。流線が直線的でなくなり、混沌とした状態になることを乱流と呼ぶ。
層流と乱流の比較
レイノルズ数：重要なパラメータ
流れの状態が層流や乱流になるのはどのような場合か？これはレイノルズ数（Re）によって決まります。レイノルズ数は4つの変数を組み合わせたものです：
- チューブの直径
- 流体の速度
- 流体の密度
- 流体の動的粘度
低いレイノルズ数（約2300以下）は層流を示し、高いレイノルズ数（約3000以上）は乱流を示す。2300と3000の間の値では、流れは層流と乱流の両方の特徴を示す過渡的なものになる。
3 乱流の不利な影響を最小限に抑えるコツ
3 乱流の不利な影響を最小限に抑えるコツ
1) プロセス形状の最適化；
バルブ、アダプター、エルボカップリングなど、フロー・プロセスにおける不必要な制限は避けること。これらは乱流を誘発する可能性があります。それらが必要な場合は、そのような部品と流量計の間に乱流フィルターの使用を検討してください。
2) 流速を制限する；
流速を制限するために適切な配管長を維持する。最小のパイプ長さは、機器の入口でパイプ直径の少なくとも10倍、出口でパイプ直径の4倍（流量計の場合）を目指してください。適切なパイプ長を使用することは、乱流から層流への移行に役立ちます。
3) 乱流フィルターを適用する；
乱流フィルターは、センサーに到達する前に流れを滑らかにし、乱流を層流に戻すのに役立ちます。一部の流量計には乱流フィルターが内蔵されており、乱流の影響を打ち消す効果的なソリューションを提供します。
なぜ層流が必要なのですか？
- 高精度：層流は流量計測の一貫性と信頼性を保証し、より高い計測精度につながります。これは、化学処理や医薬品製造のような重要なアプリケーションにおいて非常に重要です。
- 最小限の圧力降下；層流はその滑らかなフローパターンにより、流量計全体の圧力降下を最小化し、エネルギー消費を削減し、システム性能を最適化します。
- 低流量に最適；層流は、乱流条件下で精度を維持することが困難な低流量アプリケーションにおいて特に望ましい。
層流要素
流量計内部の拡張流路
すべてはプロセスとアプリケーション次第
乱流がどのような結果をもたらすかは、アプリケーションに大きく依存する。例えば、半導体プロセス、特にレイヤーデポジションのようなコーティングプロセスでは、乱流は禁物です！ここでは安定したプロセスが不可欠です。しかし、フレームスプレー技術のような他のコーティングプロセスでは、流れの圧力が高いため、乱流の影響は少なくなります。お客様のアプリケーションに最適な流量計の選択についてアドバイスが必要な場合は、お知らせいただくか、download our e-book.ください。
もっと情報が必要ですか？
このテーマに興味がありますか？
