Wat is het verschil tussen laminaire flow en turbulente flow?

Wat is het turbulentie-effect?

"Turbulentie is een gevaarlijk onderwerp dat vaak aan de basis ligt van serieuze conflicten in wetenschappelijke bijeenkomsten, omdat er sterk uiteeenlopende opvattingen over bestaan die allemaal zeer complex zijn en geen van alle het probeem kunnen oplossen". Marcel Lesieur, 1987

In de praktijk zul je heel vaak met een turbulente flow te maken krijgen. Een turbulente flow kan worden veroorzaakt door (te veel) restricties in een installatie, zoals kleppen of adapters, in combinatie met een hoge snelheid van de gebruikte vloeistof. Dit effect staat bekend als "turbulentie-effect". Bij elke restrictie is de flow verstoord en zal de snelheid van het gas veranderen. Naast het gebruik van restricties is ook de lengte van de leiding iets om rekening mee te houden. Aangezien het enige tijd duurt voordat een turbulente flow weer laminair is, is het belangrijk om de juiste pijplengte te gebruiken.


 

Turbulente flow

Een turbulente flow wil je bij de inlaat van het flowmeetinstrument vermijden, omdat dit de nauwkeurigheid van de meting kan beïnvloeden. Het is beter een laminaire flow te hebben vlak voor het flow instrument. Maar als het instrument zelf als flowregelaar wordt gebruikt, met een klep achter de meter, kan er weer een turbulente flow ontstaan. 

Dit is niet voor alle soorten flowmeters nadelig. Voornamelijk thermische flowmeters die gebruik maken van het bypass principe zijn gevoelig voor dit effect. Flowmeters gebaseerd op het Coriolis, CTA (Constant Temperature Anemometry) of Ultrasoon principe zijn onafhankelijk van turbulentie.

Het belang van het Reynoldsgetal (Re)

In theorie hangt het flowprofiel af van vier variabelen:
 

•  Diameter van de buis
•  Snelheid van de vloeistof
•  Dichtheid van de vloeistof
•  Dynamische viscositeit van de vloeistof

De factoren samen zorgen voor het zogenaamde Reynoldsgetal (Re), een belangrijke parameter die beschrijft of flowcondities leiden tot laminaire flow of turbulente flow. In het algemeen kan gesteld worden dat een laminaire flow optreedt bij een laag Reynoldsgetal (≤ ca. 2300) en een turbulente flow bij een hoog Reynoldsgetal (≥ ca. 3000). Tussen deze twee getallen (Re 2300-3000) heb je een 'overgangsflow', wat betekent dat de flow laminair of turbulent kan zijn (genoemde getallen zijn voor een cilindrische buis). 
 

 

 

3 Tips om de nadelige effecten van turbulente flow te minimaliseren

Maak je gebruik van thermische massflowmeters met bypass-sensor, dan is het volgende aan te raden:

1) Probeer restricties in je proces, zoals kleppen, adapters en haakse koppelingen, te vermijden:

• Plaats de flowmeter niet vlak na een restrictie, bijvoorbeeld een klep. Als je niet anders kunt, zou je gebruik kunnen maken van een turbulentiefilter tussen het ventiel en de flowmeter, of van een flowmeter met geïntegreerd turbulentiefilter.
• Gebruik zo weinig mogelijk haakse koppelingen in de buurt van een flowmeter.

2) Gebruik de juiste pijplengte, zodat de flow niet te hoog is. Over het algemeen kun je het best een pijplengte kiezen van:

• 10x de diameter van de pijp bij de invoer van het instrument
• 4x de diameter van de pijp bij de uitvoer van het instrument (geldt alleen voor flowmeters)
• Bij gasflows > 100 l/min wordt gewoonlijk minimaal een pijp van 12mm (of ½”) gebruikt.

3) Gebruik een turbulentiefilter in je flowproces.

Daardoor wordt de flow gefilterd en weer laminair gemaakt voor deze bij de sensor is. Tegenwoordig is zo'n filter vaak geïntegreerd in de flowmeter (bijvoorbeeld bij de EL-FLOW serie van Bronkhorst) of is er sprake van een verlengd flowpad in de flowmeter (bijvoorbeeld bij de LOW-ΔP-FLOW flowmeters van Bronkhorst).