Flow Meters: Laminaire Flow vs Turbulente Flow

Als het gaat om het meten van flow, kunnen twee cruciale factoren aanzienlijke invloed hebben op uw meting: laminaire flow en turbulente flow. Deze verschijnselen spelen een belangrijke rol in het gedrag van flow meters en kunnen de nauwkeurigheid van metingen beïnvloeden. Laten we kijken naar de verschillen tussen laminaire en turbulente flow, en enkele tips verkennen om de nadelige effecten van turbulentie te minimaliseren, en begrijpen waarom laminaire flow belangrijk is voor flow meters.

Laminaire flow begrijpen

Laminaire flow is een verschijnsel waarbij fluïde deeltjes zich in gladde, parallelle lagen bewegen. Deze ordelijke beweging vermindert energieverlies, waardoor het zeer wenselijk is in verschillende flow toepassingen. In laminaire flow blijft de snelheid van het medium relatief constant, en elke fluïdeflaag behoudt haar afzonderlijke pad, zonder te mengen met aangrenzende lagen. Deze eigenschap creëert goed gedefinieerde flowprofielen, wat zorgt voor consistente en nauwkeurige flow metingen. Laminaire flow wordt vaak waargenomen bij lage flowsnelheden en in situaties waar de flow ongehinderd is. Dit betekent dat er zich niet te veel obstructies, zoals kleppen, adapters of koppelingen, in het flowpad bevinden.

3 Tips

Turbulente flow begrijpen

Turbulente flow treedt op wanneer de flow van een medium verstoord wordt, vaak veroorzaakt door restricties zoals kleppen of adapters in combinatie met hoge vloeistofsnelheden. Dit fenomeen, bekend als het 'turbulentie-effect', leidt tot chaotische en niet-lineaire flowpatronen. Turbulente flow is iets wat je wilt voorkomen bij de inlaat van je flow meter omdat het de nauwkeurigheid van je meting kan beïnvloeden. Het is wenselijk om vlak voor je flow meter een laminaire flow te hebben. Maar het instrument zelf – wanneer gebruikt als een flow controller, met een klep achter de meter – kan zelf een turbulente stroming veroorzaken. Niet alle soorten flow meters ervaren dit als nadelig. Voornamelijk thermische flow meters die het bypass-principe gebruiken, zijn gevoelig voor dit effect. Flow meters gebaseerd op het Coriolis-werkingsprincipe, ultrasone stroommeters of meters die de flow 'in-line' meten (ook wel Constant Temperature Anemometry genoemd), worden niet beïnvloed door turbulentie.

Laminaire flow versus turbulente flow

Hoe weet je of je flow laminair of turbulent is?

Over het algemeen kan worden gezegd dat er twee soorten flows zijn: een laminaire en een turbulente flow. Op de afbeelding hiernaast is een flow gevisualiseerd van een experiment met inkt in een cilindrische buis. De inkt is in het midden van een glazen buis – waar water doorheen stroomt – geïnjecteerd. Als de snelheid van het water laag is, lijkt de inkt niet te mengen met het water, de flowlijnen zijn parallel; dit wordt laminaire flow genoemd.

Als de snelheid van het water toeneemt, zal er bij een bepaalde snelheid een plotselinge verandering optreden. De flow wordt volledig verstoord, en de inkt wordt gemengd met het water. De flowlijnen zijn chaotisch, niet meer lineair, wat turbulente flow wordt genoemd.

Reynoldsgetal: De sleutelparameter

Wanneer leiden flowsomstandigheden tot laminaire of turbulente flow? Dit wordt bepaald door het Reynoldsgetal (Re). Het Reynoldsgetal combineert vier variabelen:

•   Diameter van de buis
•   Snelheid van het medium
•   Dichtheid van het medium
• Dynamische viscositeit van het medium

Een laag Reynoldsgetal (≤ ca. 2300) duidt op laminaire flow, terwijl een hoog Reynoldsgetal (≥ ca. 3000) wijst op turbulente flow. Bij waarden tussen 2300 en 3000 kan de flow overgangsverschijnselen vertonen, met kenmerken van zowel laminaire als turbulente flow.

3 Tips om de nadelige effecten van turbulente flow te minimaliseren

Bij het gebruik van thermische mass flow meters op basis van het 'bypass'-sensorenprincipe moet je rekening houden met deze drie tips:

1) Optimaliseer procesgeometrie;

Vermijd onnodige restricties zoals kleppen, adapters en elleboogkoppelingen in je flowpad. Deze kunnen turbulentie veroorzaken. Als ze noodzakelijk zijn, overweeg dan het gebruik van een turbulentiefilter tussen dergelijke componenten en de flow meter

2) Beperk de flowsnelheid;

Gebruik de juiste lengte leidingwerk om de flowsnelheid te beperken. Streef naar een minimale leidinglengte van minstens 10 keer de leidingdiameter aan de inlaat van het instrument en 4 keer de leidingdiameter aan de uitlaat (voor flow meters). Het gebruik van de juiste leidinglengte helpt bij de overgang van turbulente naar laminaire flow.

3) Gebruik turbulentiefilters;

Turbulentiefilters helpen de flow te egaliseren en turbulentie terug te vormen naar laminaire flow voordat deze de sensor bereikt. Sommige flow meters zijn uitgerust met geïntegreerde turbulentiefilters, wat een effectieve oplossing is om de effecten van turbulentie tegen te gaan.

Waarom wil je laminaire flow?

Hoge nauwkeurigheid; Laminaire flow zorgt ervoor dat flow metingen consistent en betrouwbaar blijven, wat leidt tot een hogere meetnauwkeurigheid. Dit is cruciaal in kritieke toepassingen zoals chemische verwerking en farmaceutische productie.
Minimale drukval; Met het soepele flow patroon minimaliseert laminaire flow de drukval over flow meters, waardoor het energieverbruik wordt verminderd en de systeemprestaties worden geoptimaliseerd.
Ideaal voor lage flowsnelheden; laminaire flow is bijzonder wenselijk in toepassingen met lage stroomsnelheden, waar nauwkeurigheid uitdagend kan zijn onder turbulente omstandigheden.

Het hangt allemaal van het proces en de toepassing af

Wat de gevolgen van turbulente flow zijn hangt sterk af van de toepassing. In halfgeleiderprocessen bijvoorbeeld – met name in coatingprocessen zoals laagdepositie – is turbulente stroming uit den boze! Een stabiel proces is hier essentieel. In andere coatingprocessen, zoals vlamspuittechnieken, zal de impact van turbulentie echter minder zijn vanwege de hoge druk in de leidingen. Als u advies nodig heeft bij het kiezen van de beste flow meter voor uw toepassing, laat het ons dan weten of download ons e-boek.

Vraag advies

verlengd flow pad binnenin een flow meter

Wat is het verschil tussen laminaire flow en turbulente flow?