Bronkhorst

Wat is het verschil tussen laminaire flow en turbulente flow?

3 Maart, 2022 Allard Overmeen
Laminar turbulent flow

Laminaire flow en turbulente flow zijn twee belangrijke aspecten waarmee rekening moet worden gehouden bij het meten van flow. Wanneer treedt een turbulentie-effect op? Wat is het effect op je flowmeter? En heel belangrijk:

Wat kun je doen om de nadelige effecten van turbulente flow tot een minimum te beperken?

Allerlei vragen die bij je opkomen als je met flowmeters werkt.
In deze blog deel ik mijn top 3 tips om de nadelige effecten van turbulente flow tot een minimum te beperken. 

3 tips
Het werkingsprincipe van een 'bypass' sensor, met een laminaire flow element (LFE)
Het werkingsprincipe van een 'bypass' sensor, met een laminaire flow element (LFE)

Waarom is laminaire flow belangrijk voor flowmeters? 

Het hangt van het type flowmeter af hoe turbulente flow uw meting kan beïnvloeden. Als u een thermische flowmeter hebt die gebaseerd is op het 'bypass' werkingsprincipe, dan gaat een deel van de hoofdflow door een restrictie en een klein deel van de flow gaat door de eigenlijke sensor. 

De verhouding tussen deze twee hoeveelheden wordt bepaald door de drukval over de sensor en de restrictie in laminaire flow. Het turbulentie-effect zal deze verhouding verstoren. Aangezien de instrumenten met bypass sensor vaak worden gebruikt voor zeer nauwkeurige metingen, kan het turbulentie-effect een enorm effect hebben op de meetresultaten. 

Kortom, thermische flowmeters - gebaseerd op het "bypass" principe - gedragen zich het best bij een laminaire 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.

Turbulente flow versus laminaire flow

Hoe weet je of het laminaire flow is of turbulente flow?

In het algemeen onderscheiden we twee soorten flow: laminaire en turbulente flow. Op de foto is te zien dat de laminaire flow is gevisualiseerd door middel van een experiment met inkt in een ronde buis. De inkt is in het midden van een glazen buis gespoten waar water doorheen stroomt. Stroomt het water langzaam, dan lijkt de inkt zich niet met het water te mengen en lopen de stroomlijnen parallel. Dat noemen we laminaire flow.

Neemt de snelheid van het water toe, dan vindt bij een bepaalde snelheid een verandering plaats. De stroming wordt volledig verstoord en water en inkt zijn niet meer van elkaar te onderscheiden. De stroomlijnen zijn nu niet meer lineair, maar lopen door elkaar. Dit noemen we turbulente flow.


 

Profiel laminaire flow vs turbulente flow
Profiel laminaire flow vs turbulente flow

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).

Het hangt allemaal af van het proces en de toepassing

De gevolgen van turbulentie zijn sterk afhankelijk van de applicatie. Bij processen voor halfgeleiders, en dan met name coatingprocessen zoals 'layer deposition' mag er nooit sprake zijn van turbulente flow. Daar is een stabiel proces namelijk cruciaal. Bij andere coatingprocessen, zoals vlamspuittechnieken, heeft turbulentie vanwege de hoge flowdruk minder invloed. 
Als je hulp nodig hebt bij het kiezen van de beste flowmeer voor jouw applicatie, laat het ons weten!

Vul het contactformulier in
Verlengd stroompad in de flowmeter
Verlengd stroompad in de flowmeter

Wil je meer informatie over flowmeters of -regelaars?

Wil je het laatste nieuws ontvangen over trends in flow control? Schrijf je dan in voor onze maandelijkse nieuwsbrief. 

Vraag advies Inschrijven nieuwsbrief

Bronkhorst NEDERLAND

Lunet 10c
3905 NW Veenendaal
Tel. +31 (0)318 55 12 80
[email protected]

           Maatschappelijke verantwoordelijkheid
Copyright © 2023 Bronkhorst. All rights reserved.     Sitemap     Disclaimer     Privacy note