Reynolds¶

Samenvatting¶

Het Reynoldsgetal (Reynolds Number of Re) is een dimensieloos getal dat aangeeft welk type stroming optreedt in een vloeistof. Het beschrijft de verhouding tussen de traagheidskrachten en de viskeuze krachten in een stromend medium. Met behulp van het Reynoldsgetal kan worden voorspeld of een stroming laminair, overgangsgebied of turbulent is.

Binnen de procestechniek is het Reynoldsgetal één van de belangrijkste hulpmiddelen bij het ontwerpen van menginstallaties. Het bepaalt onder andere hoe effectief een impeller mengt, hoeveel vermogen nodig is en welke stromingspatronen in de tank ontstaan.

Binnen Jongia wordt het Reynoldsgetal gebruikt als onderdeel van de engineering om impellers, toerentallen en motorvermogens te selecteren die passen bij de eigenschappen van het product.

Theorie¶

Wat is het Reynoldsgetal?¶

Het Reynoldsgetal geeft aan welke krachten de stroming domineren.

Er zijn twee soorten krachten:

traagheidskrachten, die de vloeistof in beweging willen houden;
viskeuze krachten, die de stroming afremmen.

Het Reynoldsgetal vergelijkt deze twee met elkaar.

Hierdoor kan worden voorspeld hoe een vloeistof zich tijdens het mengen zal gedragen.

Waarom is het Reynoldsgetal belangrijk?¶

Het stromingsgedrag bepaalt onder andere:

de mengtijd;
de hoeveelheid turbulentie;
de energiebehoefte;
de warmteoverdracht;
de massaoverdracht;
de keuze van de impeller.

Daarom wordt het Reynoldsgetal vrijwel altijd meegenomen bij het ontwerpen van een menginstallatie.

Berekening¶

Voor menginstallaties wordt het Reynoldsgetal meestal berekend met de volgende formule:

Re = (ρ × N × D²) / μ

Waarbij:

Symbool	Betekenis
ρ	Dichtheid van de vloeistof (kg/m³)
N	Toerental van de impeller (omwentelingen per seconde)
D	Diameter van de impeller (m)
μ	Dynamische viscositeit (Pa·s)

Uit de formule blijkt dat het Reynoldsgetal groter wordt wanneer:

de dichtheid toeneemt;
het toerental hoger wordt;
de impeller groter wordt.

Een hogere viscositeit zorgt juist voor een lager Reynoldsgetal.

Laminaire stroming¶

Bij een laag Reynoldsgetal overheersen de viskeuze krachten.

Kenmerken:

rustige stroming;
weinig turbulentie;
vloeistoflagen schuiven langs elkaar;
relatief lange mengtijd.

Dit komt vooral voor bij hoogviskeuze producten zoals pasta's, gels en zware siropen.

Overgangsgebied¶

Tussen laminaire en turbulente stroming bevindt zich een overgangsgebied.

Hierin:

ontstaan plaatselijk wervelingen;
verandert het stromingspatroon voortdurend;
is het menggedrag moeilijker te voorspellen.

Veel industriële processen bevinden zich in dit gebied.

Turbulente stroming¶

Bij een hoog Reynoldsgetal overheersen de traagheidskrachten.

Kenmerken:

veel turbulentie;
sterke menging;
korte mengtijd;
goede warmte- en massaoverdracht.

Waterachtige vloeistoffen bevinden zich meestal in dit stromingsgebied.

Richtwaarden¶

Voor mengprocessen worden vaak de volgende richtwaarden gebruikt:

Reynoldsgetal	Stroming
Re < 10	Laminaire stroming
Re 10 – 10.000	Overgangsgebied
Re > 10.000	Turbulente stroming

Deze grenzen zijn richtlijnen. De exacte overgang hangt af van onder andere de impeller, de tankgeometrie en het proces.

Invloed van viscositeit¶

Viscositeit heeft een grote invloed op het Reynoldsgetal.

Bij een hogere viscositeit:

daalt het Reynoldsgetal;
neemt de turbulentie af;
wordt mengen moeilijker.

Daarom vragen hoogviskeuze producten vaak om andere impellers dan laagviskeuze vloeistoffen.

Invloed van de impeller¶

Niet alleen het product bepaalt het Reynoldsgetal.

Ook de impeller heeft invloed.

Een grotere impeller:

verplaatst meer vloeistof;
verhoogt het Reynoldsgetal;
verandert het stromingspatroon.

Daarom worden impellerdiameter en toerental altijd samen gekozen.

Reynoldsgetal en vermogensgetal¶

Het Reynoldsgetal wordt vaak gecombineerd met het vermogensgetal (Power Number, Np).

Het Reynoldsgetal beschrijft het stromingsregime.

Het vermogensgetal beschrijft hoeveel vermogen een impeller onder die omstandigheden nodig heeft.

Samen vormen zij de basis voor het berekenen van het benodigde motorvermogen.

Beperkingen¶

Hoewel het Reynoldsgetal een belangrijk hulpmiddel is, vertelt het niet alles.

Het houdt bijvoorbeeld geen rekening met:

tankgeometrie;
baffles;
impellervorm;
meerfasensystemen;
niet-Newtonse vloeistoffen.

Daarom wordt het altijd gebruikt in combinatie met andere berekeningen en praktijkervaring.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia vormt het Reynoldsgetal een belangrijk uitgangspunt bij het ontwerpen van menginstallaties. Engineers gebruiken het om in te schatten welk stromingsregime tijdens het mengen zal optreden en welke impeller daarvoor het meest geschikt is.

Bij laagviskeuze producten wordt vaak gestreefd naar turbulente stroming om een korte mengtijd en een goede warmte- of massaoverdracht te bereiken. Bij hoogviskeuze producten ligt de nadruk juist op het creëren van voldoende circulatie, waarbij speciale impellers zoals anchors of helical ribbons worden toegepast.

Het Reynoldsgetal wordt daarnaast gebruikt in combinatie met vermogensberekeningen, CFD-simulaties en praktijkervaring om een menginstallatie te ontwerpen die zowel technisch als energetisch optimaal presteert.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat een hoog Reynoldsgetal altijd beter is. Turbulente stroming is niet voor ieder proces wenselijk; sommige producten zijn gevoelig voor hoge shear.
Het Reynoldsgetal verwarren met een maat voor mengkwaliteit. Het geeft alleen het stromingsregime aan en niet hoe goed een product daadwerkelijk wordt gemengd.
Alleen naar de viscositeit kijken. Ook toerental, impellerdiameter en dichtheid hebben een grote invloed op het Reynoldsgetal.
De richtwaarden als absolute grenzen zien. De overgang tussen laminaire en turbulente stroming is afhankelijk van het volledige systeem.
Vergeten dat het Reynoldsgetal slechts één ontwerpparameter is. Een goede menginstallatie vraagt daarnaast aandacht voor impellerkeuze, tankgeometrie, baffles, vermogensbehoefte en de eigenschappen van het product.