Was ist eine laminare Strömung?
Die laminare Strömung ist der Schlüssel zur Funktionsprinzip von Alicat-Differenzdruckmessgeräten, die eine hochgenaue Ausgabe von Massenstrom Raten über sehr breite Mess- und Kontrollbereiche.
In diesem Artikel werden die verschiedenen Strömungsarten kurz besprochen, wobei der Schwerpunkt auf der laminaren Strömung liegt.
Turbulente, laminare und Übergangsströmungen
Wenn eine Flüssigkeit durch einen Kanal fließt, kann sie entweder als turbulent, laminar oder in einem Übergangszustand beschrieben werden.
Turbulente Strömung
Die turbulente Strömung ist die häufigste Art der Strömung. Diese Art von Strömung ist chaotisch, und Druck und Geschwindigkeit schwanken im gesamten Strömungskanal erheblich. Turbulente Strömungen treten nicht in gleichmäßigen Schichten auf, sondern vermischen sich im gesamten Strömungskanal.
Er ist durch einen Druckabfall gekennzeichnet, der proportional zum Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit ist.
Laminare Strömung
Die laminare Strömung, auch Stromlinienströmung genannt, ist glatt und geschichtet. Sie tritt eher bei niedrigeren Durchflussraten, in kleinen Fließkanälen und bei Flüssigkeiten mit hoher Viskosität auf. Die laminare Strömung weist ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil in einem Kanal auf. Die Flüssigkeit fließt in der Nähe der Mitte des Kanals mit der höchsten Geschwindigkeit und nimmt vorhersehbar ab, wenn sie sich den Kanalwänden nähert.
Bei laminaren Strömungsbedingungen besteht eine lineare Beziehung zwischen Druckabfall und Strömungsgeschwindigkeit.
Transitionaler Fluss
Die Übergangsströmung weist sowohl Merkmale einer laminaren als auch einer turbulenten Strömung auf. Der Flüssigkeitsstrom ist an den Rändern des Kanals laminar, in der Mitte jedoch turbulent. Das genaue Verhältnis von turbulenter zu laminarer Strömung kann von fast vollständig laminar bis fast vollständig turbulent variieren.
Es ist sehr schwierig, einen Differenzdruckwert mit Hilfe von Übergangsströmungen genau zu berechnen, da der Druckabfall proportional zu einem schlecht definierten Polynom ist.
Woher wissen Sie, ob die Strömung laminar ist?
In den späten 1800er Jahren entwickelte Osbourne Reynolds die Reynolds-Zahl (Re). Mit dieser Zahl lässt sich die Art der Strömung unter bestimmten Bedingungen vorhersagen.
Reynoldszahl (Re)
Re = 2ρVr/η
ρ = Dichte der Flüssigkeit; V = Mittlere Strömungsgeschwindigkeit; r = Hydraulischer Radius des Strömungskanals; η = Absolute Viskosität der Flüssigkeit
Die Reynolds-Zahlen fallen im Allgemeinen* in Bereiche, die angeben, ob die Strömung laminar, turbulent oder in einem Übergangszustand ist.
- Laminare Strömung: Re < 2.000
- Transitional flow: 2000 < Re < 4.000
- Turbulente Strömung: Re > 4.000
*Diese Zahlen können durch die Oberflächenbeschaffenheit der Kanalwände stark beeinflusst werden.
Umwandlung einer turbulenten Strömung in eine laminare Strömung
Um die Reynoldszahl zu verringern und eine laminare Strömung zu erreichen, können Sie die Strömungsgeschwindigkeit oder die Abmessungen des Strömungskanals verringern. Sie können die Flüssigkeit auch mit einer geringeren Dichte oder einer höheren Viskosität fließen lassen.
Das folgende Video zeigt, wie ein Alicat-Gerät eine turbulente Strömung in eine laminare Strömung umwandelt.