جریان حلقوی (Vortex flow) به نوعی جریان پایدار و دایمی است که در آن حلقه‌ای از جریان دورانی پیرامون یک محور شکل می‌گیرد. این جریان در مواردی از جمله در لوله‌هایی با قطر کوچک و با فشار و دمایی ثابت و با ویسکوزیته متوسط وجود دارد. در واقع، در نواحی خاصی از یک لوله‌ی جریانی، افت فشاری ایجاد میشود که باعث تشکیل حلقه‌ی جریان دورانی میشود.
یکی از کاربردهای مهم جریان حلقوی، اندازه‌گیری دبی جریان آب، گاز یا سایر سیالات است. برای این منظور، یک حسگر جریان حلقوی درون یک لوله نصب میشود و با اندازه‌گیری فرکانس ایجاد شده توسط جریان حلقوی، دبی جریان سیال را تخمین می‌زند. همچنین، جریان حلقوی در برخی موارد به عنوان یک روش کنترل جریان در سیستم‌های صنعتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌طور مثال، در سیستم‌های خنک کننده، با کنترل دقیق جریان حلقوی، می‌توان کنترل دمای سیال و همچنین بهبود عملکرد سیستم را تضمین کرد.
در جریان حلقوی، یک حلقه‌ی دایمی از جریان دورانی به طول مشخصی در اطراف محور لوله تشکیل میشود. این حلقه از جریان، به دلیل تنش‌های ناشی از افت فشاری در نقطه‌ای خاص از لوله، شکل می‌گیرد. این نوع جریان، برخلاف بسیاری از جریان‌های دیگر، بسیار پایدار و دایمی است و در شرایطی که فشار و دما ثابت باشند، تقریباً تغییری نمی‌کند.
برای اندازه‌گیری دبی جریان سیالات، از حسگرهای جریان حلقوی استفاده میشود. این حسگرها، با اندازه‌گیری فرکانس جریان حلقوی، دبی جریان سیال را تخمین می‌زنند. همچنین، این حسگرها به دلیل اینکه درون لوله‌ی جریانی نصب می‌شوند، حساسیت کمتری به نوسانات جریان و دما دارند و به‌طور کلی دقیق‌تر هستند.
جریان حلقوی در برخی سیستم‌های صنعتی به عنوان یک روش کنترل جریان نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این حالت، با تنظیم دقیق جریان حلقوی، می‌توان دبی جریان را کنترل کرد و در نتیجه، عملکرد سیستم را بهبود بخشید. به‌طور مثال، در سیستم‌های خنک کننده، با کنترل دقیق جریان حلقوی، می‌توان دمای سیال را کنترل کرد و همچنین بهبود عملکرد سیستم را تضمین کرد.
در کل، جریان حلقوی یکی از جریان‌های پایدارتر و دایمی‌تر است که در بسیاری از شرایط فشار و دمای ثابت، در لوله‌های جریانی ظاهر میشود و از کاربردهای متعددی در صنعت و اندازه‌گیری دبی جریان سیالات دارد.
جریان حلقوی در تمام لوله‌ها ظاهر نمی‌شود و فقط در شرایط خاصی اتفاق می‌افتد. برای بروز جریان حلقوی، باید شرایطی مانند قطر کوچک لوله، فشار و دمای ثابت، و ویسکوزیته متوسط فراهم باشد. در صورتی که این شرایط برقرار نباشد، جریان حلقوی به وجود نخواهد آمد.
به‌طور کلی، جریان حلقوی در لوله‌هایی با قطر کوچک‌تر از قطر بحرانی (که برای هر مایع متفاوت است) و با رقم‌های فشاری کمتر از 2000، و در شرایطی که افت فشار در لوله کمتر از 20 درصد باشد، به‌عنوان یک جریان پایدار و دایمی شناخته میشود. در شرایطی که فشار بالاتر است، جریان حلقوی به صورت ناپایدار و با تشکیل حلقه‌های کوچک‌تری از جریان دورانی به وجود می‌آید.
در کل، برای بروز جریان حلقوی در یک لوله، شرایط خاصی باید برقرار باشد و این جریان در تمام لوله‌ها ظاهر نمی‌شود. به‌طور کلی، لوله‌های با قطر کوچک‌تر، با رقم فشاری کمتر و با ویسکوزیته متوسط، احتمال بروز جریان حلقوی بیشتری دارند.
عواملی که باعث کاهش افت فشار در لوله میشود
افت فشار در لوله به دلیل مقاومت‌های مختلفی که سیال در طول مسیر خود با آنها مواجه میشود، به وجود می‌آید. عواملی که می‌توانند باعث کاهش افت فشار در لوله شوند، عبارتند از:
1. قطر بزرگتر لوله: با افزایش قطر لوله، سطح تماس سیال با دیواره لوله کاهش می‌یابد و افت فشار کمتری در طول مسیر سیال به وجود می‌آید.
2. کاهش طول لوله: با کوتاه شدن طول لوله، مسافتی که سیال باید طی کند تا به مقصد برسد کاهش می‌یابد و در نتیجه افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
3. صاف بودن دیواره لوله: هر چقدر دیواره لوله صاف‌تر باشد، مقاومت سیال در برابر حرکت کمتر میشود و افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
4. کم بودن ویسکوزیته سیال: ویسکوزیته سیال نشان دهنده مقاومت سیال در برابر جریان است. هر چقدر ویسکوزیته سیال کمتر باشد، مقاومت سیال در برابر حرکت کمتر میشود و افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
5. کاهش سرعت سیال: با کاهش سرعت جریان سیال، مقاومت سیال در برابر حرکت کمتر میشود و افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
6. کم بودن چگالی سیال: هر چقدر چگالی سیال کمتر باشد، افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
در کل، عواملی که باعث کاهش افت فشار در لوله می‌شوند، از جمله قطر بزرگتر لوله، کاهش طول لوله، صاف بودن دیواره لوله، کم بودن ویسکوزیته سیال، کاهش سرعت سیال و کم بودن چگالی سیال هستند.
این عوامل می‌توانند به‌طور کلی در کاهش افت فشار در لوله مؤثر باشند. به‌طور مثال، با افزایش قطر لوله، مساحت سطح دیواره لوله بیشتر میشود و حجم سیال کمتری به‌صورت نسبی در تمام نقاط لوله جابجا میشود. در نتیجه، افت فشار در طول مسیر کمتر میشود.
همچنین، با کاهش طول لوله، مسافتی که سیال باید طی کند تا به مقصد برسد کاهش می‌یابد و در نتیجه افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید. صاف بودن دیواره لوله هم می‌تواند باعث کاهش افت فشار در طول مسیر شود، زیرا هر چقدر دیواره لوله صاف‌تر باشد، مقاومت سیال در برابر حرکت کمتر میشود و در نتیجه افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید.
با کاهش ویسکوزیته سیال نیز، مقاومت سیال در برابر جریان کمتر میشود و افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید. همچنین، با کاهش سرعت سیال، مقاومت سیال در برابر حرکت کمتر میشود و افت فشار کمتری در طول مسیر به وجود می‌آید. و در نهایت، کم بودن چگالی سیال نیز می‌تواند باعث کاهش افت فشار در طول مسیر شود.
به‌طور کلی، این عوامل می‌توانند در کاهش افت فشار در لوله مؤثر باشند و با به‌کارگیری روش‌های مناسب، می‌توان افت فشار را در طول مسیر کاهش داد و در نتیجه، بهره‌وری و کارایی سیستم را افزایش داد.
