유량 측정과 관련하여 유량 측정에 큰 영향을 미치는 두 가지 중요한 요소는 층류와 난류입니다. 이러한 현상은 유량계의 동작에 중요한 역할을 하며 유량 측정의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 층류와 난류의 차이점을 살펴보고 난류의 부작용을 최소화하기 위한 몇 가지 팁을 살펴보고 유량계에 층류가 중요한 이유를 알아보세요.
층류의 이해
층류는 유체 입자가 매끄럽고 평행한 층으로 움직이는 모양을 말합니다. 이러한 질서 정연한 움직임은 유체 혼합이 우수하고 에너지 손실을 줄여 다양한 유동 응용 분야에서 매우 바람직합니다. 층류에서 유체의 속도는 비교적 일정하게 유지됩니다. 이러한 특성은 잘 정의된 유량 프로파일을 생성하여 일관되고 정확한 유량 측정을 보장합니다. 층류는 일반적으로 유속이 낮고 흐름에 장애물이 없는 상황에서 관찰됩니다. 즉, 흐름 경로에 밸브, 어댑터 또는 커플링과 같은 장애물이 너무 많지 않다는 의미입니다.
난류의 이해
난류는 유체의 흐름이 중단될 때 발생하며, 종종 밸브나 어댑터와 같은 제한 장치와 빠른 유속으로 인해 발생합니다. '난류 효과'로 알려진 이 현상은 혼란스럽고 비선형적인 흐름 패턴으로 이어집니다. 난류는 유량 측정의 정확도에 영향을 미칠 수 있으므로 유량 측정 기기의 입구에서 난류를 방지해야 합니다. 유량계 바로 앞에 층류가 있는 것이 바람직합니다. 그러나 유량계 뒤에 밸브가 있는 유량 컨트롤러로 사용되는 계기 자체는 다시 난류를 일으킬 수 있습니다. 모든 종류의 유량계가 이러한 단점을 경험하는 것은 아닙니다. 주로 flow meters 사용하는 열 bypass principle 이 효과에 민감합니다. 코리올리 작동 원리를 기반으로 하는 유량계, 초음파 유량계 또는 '인라인' 유량을 측정하는 유량계(항온 풍속계라고도 함)는 난기류의 영향을 받지 않습니다.
층류 흐름과 난류 흐름 비교
흐름이 층류인지 난류인지 어떻게 알 수 있나요?
일반적으로 흐름에는 층류와 난류의 두 가지 유형이 있다고 할 수 있습니다. 그림에서 원통형 튜브에 잉크를 넣은 실험을 통해 층류를 시각화한 것을 볼 수 있습니다. 물이 흐르는 유리 튜브의 가운데에 잉크를 주입했습니다. 물의 속도가 여전히 느리면 잉크가 물과 섞이지 않고 유선형이 평행하게 흐르며 이를 층류라고 합니다.
물의 속도가 증가하면 특정 속도에서 갑작스러운 변화가 발생합니다. 흐름이 완전히 중단되고 물은 잉크를 통해 균질하게 변합니다. 물줄기가 더 이상 선형이 아닌 혼란스러워지는데, 이를 난류라고 합니다.
층류와 난류의 차이점
레이놀즈 수입니다: 핵심 매개변수
유동 조건이 층류 또는 난류로 이어지는 경우는 언제인가요? 이는 레이놀즈 수(Re)에 의해 결정됩니다. 레이놀즈 수는 네 가지 변수를 결합한 값입니다:
- 튜브의 직경
- 유체의 속도
- 유체의 밀도
- 유체의 동적 점도
낮은 레이놀즈 수(≤ 약 2300)는 층류를 나타내고, 높은 레이놀즈 수(≥ 약 3000)는 난류를 나타냅니다. 2300에서 3000 사이의 값의 경우 흐름이 과도기적일 수 있으며 층류와 난류의 특성을 모두 나타냅니다.
난류의 불리한 영향을 최소화하는 3가지 팁
난류의 불리한 영향을 최소화하는 3가지 팁
1) 프로세스 형상을 최적화합니다;
흐름 프로세스에서 밸브, 어댑터, 엘보우 커플링과 같은 불필요한 제한을 피하세요. 이러한 구성 요소는 난류를 유발할 수 있습니다. 필요한 경우 이러한 구성 요소와 유량계 사이에 난류 필터를 사용하는 것을 고려하세요.
2) 유속을 제한합니다;
유속을 제한하기 위해 적절한 배관 길이를 유지합니다. 최소 배관 길이는 계측기 입구에서 배관 직경의 10배 이상, 출구에서 배관 직경의 4배(유량계의 경우)를 목표로 하세요. 올바른 파이프 길이를 사용하면 난류에서 층류로 전환하는 데 도움이 됩니다.
3) 난기류 필터를 적용합니다;
난류 필터는 흐름을 부드럽게 하고 난류가 센서에 도달하기 전에 다시 층류로 변환하는 데 도움이 됩니다. 일부 유량계에는 난류 필터가 통합되어 있어 난류 효과에 대응할 수 있는 효과적인 솔루션을 제공합니다.
층류가 필요한 이유는 무엇인가요?
- 높은 정확도; 층류는 유량 측정이 일관되고 신뢰할 수 있게 유지되어 측정 정확도가 높아집니다. 이는 화학 처리 및 제약 생산과 같은 중요한 어플리케이션에서 매우 중요합니다.
- 압력 강하 최소화; 층류는 부드러운 흐름 패턴으로 유량계 전체의 압력 강하를 최소화하여 에너지 소비를 줄이고 시스템 성능을 최적화합니다.
- 저유량에 이상적; 층류는 난류 조건에서 정밀도를 유지하기 어려운 저유량 애플리케이션에서 특히 바람직합니다.
층류 요소
유량계 내부의 확장된 유량 경로
모든 것은 프로세스와 애플리케이션에 따라 다릅니다.
난류가 어떤 결과를 초래하는지는 응용 분야에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 반도체 공정, 특히 층 증착과 같은 코팅 공정에서 난류는 절대 허용되지 않습니다! 여기에서는 안정적인 공정이 필수적입니다. 그러나 화염 스프레이 기법과 같은 다른 코팅 공정에서는 흐름의 높은 압력으로 인해 난류의 영향이 적습니다. 용도에 가장 적합한 유량계 선택에 대한 조언이 필요하다면 엔드레스하우저에 문의하거나 download our e-book..
자세한 정보가 필요하신가요?
이 주제에 관심이 있거나 더 자세히 알고 싶으신가요?
