Différence : écoulement laminaire / turbulent

En matière de mesure du débit, deux facteurs cruciaux peuvent grandement influencer votre mesure de débit : l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent. Ces phénomènes jouent un rôle significatif dans le comportement des débitmètres et peuvent avoir un impact sur la précision de la mesure de débit. Explorons les différences entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent, observons quelques conseils pour minimiser les effets néfastes de la turbulence et comprenons pourquoi l'écoulement laminaire est important pour les débitmètres.

Quelle est la différence entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent

Qu'est-ce qu'un écoulement laminaire ?

L'écoulement laminaire est un état où les particules du fluide se déplacent en couches lisses et parallèles. Ce mouvement ordonné permet une excellente homogénéité et une réduction de la perte de charge, c’est un état souhaitable dans diverses applications de débit. En écoulement laminaire, la vitesse du fluide reste relativement constante, et chaque couche de fluide maintient sa trajectoire sans se mélanger aux couches adjacentes. Cette caractéristique crée des profils d'écoulement bien définis, assurant des mesures de débit constantes et précises. L'écoulement laminaire est couramment observé à faibles débits et dans des situations où l'écoulement n'est pas obstrué, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas trop d'éléments comme des vannes, des adaptateurs ou des raccords dans le trajet de l'écoulement.

Nos 3 conseils pour vous

Qu'est-ce qu'un écoulement turbulent ?

L'écoulement turbulent se produit lorsque l'écoulement d'un fluide est perturbé, souvent causé par des restrictions telles que des vannes ou des adaptateurs combinés à des vitesses élevées du fluide. Ce phénomène, connu sous le nom d'effet turbulent, conduit à des profils d'écoulement chaotiques et non linéaires. Il est préférable de prévenir l'écoulement turbulent à l'entrée de votre débitmètre, car il peut affecter la précision de la mesure de débit. Il est préférable d'avoir un écoulement laminaire juste avant votre appareil. Cependant, lorsque l’instrument est utilisé comme régulateur de débit, avec une vanne derrière le débitmètre, cela peut provoquer à nouveau un écoulement turbulent. Tous les types de débitmètres ne sont pas égaux face à cette turbulence. Principalement, les débitmètres thermiques qui utilisent le principe de dérivation sont sensibles à cet effet. Les débitmètres qui fonctionnent selon le principe de Coriolis, les débitmètres à ultrasons ou les débitmètres avec mesure en passage direct (également appelés anémométrie à température constante) ne sont pas affectés par la turbulence.

Profil d'écoulement laminaire vs profil d'écoulement turbulent

Ecoulement laminaire et écoulement turbulent

Comment savoir s'il s'agit d'un écoulement laminaire ou turbulent ?

D’une manière générale, on peut considérer deux types d'écoulement d'un fluide : un écoulement laminaire et un écoulement turbulent. La photo permet de visualiser un écoulement laminaire dans le cadre d’une expérience avec de l’encre dans un tube cylindrique. L’encre est injectée dans le centre d’un tube en verre dans lequel s’écoule de l’eau. Lorsque la vitesse de l’eau est faible, l’encre ne s'étend pas dans l’eau, les lignes d’écoulement sont parallèles; c’est ce que l’on appelle un écoulement laminaire.

Si la vitesse de l’eau augmente, un changement soudain se produit à une certaine vitesse. L'écoulement est complètement perturbé, et l’eau se mélange de manière homogène avec l’encre. Les lignes d’écoulement sont chaotiques, non linéaires, c’est ce que l’on appelle un écoulement turbulent.

Le paramètre clé : le nombre de Reynolds (Re)

Quand les conditions d'écoulement conduisent-elles à un écoulement laminaire ou turbulent ? Cela est déterminé par le nombre de Reynolds (Re). Le nombre de Reynolds combine quatre variables :

Le diamètre du tube
La vitesse du fluide
La densité du fluide
La viscosité dynamique du fluide

Un nombre faible de Reynolds (≤ environ 2300) indique un écoulement laminaire, tandis qu'un nombre élevé de Reynolds (≥ environ 3000) signifie un écoulement turbulent. Pour des valeurs entre 2300 et 3000, l'écoulement est intermédiaire, présentant des caractéristiques à la fois de l'écoulement laminaire et turbulent.

3 conseils pour réduire les effets nuisibles d'un écoulement turbulents

Si vous utilisez des débitmètres massiques thermiques fonctionnant selon le principe de "by-pass", nous recommandons de procéder comme suit :

1) Optimisez la géométrie du procédé :

Évitez les restrictions inutiles telles que les vannes, les adaptateurs et les coudes dans votre processus d'écoulement. Celles-ci peuvent induire de la turbulence. Si elles sont nécessaires, envisagez d'utiliser un filtre de turbulence entre de tels composants et le débitmètre.

2) Limitez la vitesse d'écoulement :

Maintenez la longueur de tuyau appropriée pour limiter la vitesse d'écoulement. Visez une longueur de tuyau minimale d'au moins 10 fois le diamètre du tuyau à l'entrée de l'instrument et 4 fois le diamètre du tuyau à la sortie (pour les débitmètres). Utiliser la bonne longueur de tuyau favorise le passage de l'écoulement turbulent à l'écoulement laminaire.

3) Appliquez des filtres de turbulence :

Les filtres de turbulence aident à lisser l'écoulement et à transformer l'écoulement turbulent en écoulement laminaire avant d'atteindre le débitmètre. Certains débitmètres sont équipés de filtres de turbulence intégrés, offrant une solution efficace pour contrer les effets d’instabilité.

Pourquoi souhaiter un écoulement laminaire ?

Grande précision : L'écoulement laminaire garantit que les mesures de débit restent constantes et fiables, conduisant à une plus grande précision des mesures. Cela est crucial dans des applications critiques telles que les procédés de chimie et la fabrication de produits pharmaceutiques.
Perte de charge minimale : avec son profil de débit homogène, l'écoulement laminaire réduit considérablement la perte de charge au travers du débitmètre, diminuant ainsi la consommation d'énergie et optimisant les performances de l'instrument.
Idéal pour les faibles débits : l'écoulement laminaire est particulièrement souhaitable dans les applications à faible débit, où maintenir la précision peut être difficile dans des conditions turbulentes.

Tout dépend du procédé et de l'application.

Les conséquences d'un écoulement turbulent dépendent grandement de l’application. Par exemple, dans les procédés pour semi-conducteurs, et en particulier dans les procédés de revêtement tels que la pose de couche, le débit turbulent est à proscrire ! Un procédé stable est essentiel ici. Toutefois, dans d’autres procédés de revêtement, comme les techniques de projection à la flamme, l’impact des turbulences sera moindre, en raison de la haute pression du débit. Tout dépend du procédé et de l’application. Si vous souhaitez des conseils pour choisir le débitmètre adapté à votre application, n'hésitez pas à nous contacter ou à télécharger notre e-book.

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Ecoulement étendu du débit dans le débitmètre

Quelle est la différence entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent ?