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金紫光仪器仪表销售网>>涡街流量计

一、对涡街流量计的认识
在特定的流动条件下,一部分流体动能转化为流体振动,其振动频率与流速(流量)有确定的比例关系,依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前流体振动流量计有三类:涡街流量计、旋进(旋涡进动)流量计和射流流量计。
流体振动流量计具有以下一些特点:
1)输出为脉冲频率,其频率与被测流体的实际体积流量成正比,它不受流体组分、密度、压力、温度的影响;
2)测量范围宽,一般范围度可达10:1以上;
3)精确度为中上水平;
4)无可动部件,可靠性高;
5)结构简单牢固,安装方便,维护费较低;
6)应用范围广泛,可适用液体、气体和蒸气。
涡街流量计是在流体中安放一根(或多根)非流线型阻流体(bluff body),流体在阻流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡,在一定的流量范围内旋涡分离频率正比于管道内的平均流速,通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推算出流体的流量。
早在1878年斯特劳哈尔(Strouhal)就发表了关于流体振动频率与流速关系的文章,斯特劳哈尔数就是表示旋涡频率与阻流体特征尺寸,流速关系的相似准则。人们早期对涡街流量计的研究主要是防灾的目的,如锅炉及换热器钢管固有频率与流体涡街频率合拍将产生共振而破坏设备。涡街流体振动现象用于测量研究始于20世纪50年代,如风速计和船速计等。60年代末开始研制封闭管道流量计--涡街流量计,诞生了热丝检测法及热敏检测法涡街流量计。70、80年代涡街流量计发展异常迅速,开发出众多类型阻流体及检测法的涡街流量计,并大量生产投放市场,像这样在短短几年时间内就达到从实验室样机到批量生产过程的涡街流量计还绝无仅有。
我国涡街流量计的生产亦有飞速发展,全国生产厂达数十家,这种生产热潮国外亦未曾有过。应该看到,涡街流量计尚属发展中的流量计,无论其理论基础或实践经验尚较差。至今最基本的流量方程经常引用卡曼涡街理论,而此理论及其一些定量关系是卡曼在气体风洞(均匀流场)中实验得出的,它与封闭管道中具有三维不均匀流场其旋涡分离的规律是不一样的。至于实践经验更是需要通过长期应用才能积累。一般流量计出厂校验是在实验室参考条件下进行的,在现场偏离这些条件不可避免。工作条件的偏离到底会带来多大的附加误差至今在标准及生产厂资料中尚不明确。这些都说明流量计的迅速发展需求基础研究工作必须跟上,否则在实用中经常会出现一些预料不到的问题,这就是用户对涡街流量计存在一些疑虑的原因,它亟需探索解决。
涡街流量计已跻身通用流量计之列,无论国内外皆已开发出多品种。全系列、规格齐全的产品,对于标准化工作亦很重视,流量计存在一些问题是发展中的正常现象。
二、涡街流量计的原理
把一个非流线型阻流体(Bluff Body)垂直插入管道中,随着流体绕过阻流体流动,产生附面层分离现象,形成有规则的旋涡列,左右两侧旋涡的旋转方向相反。这种旋涡称为卡门涡街。根据卡门的研究,这些涡列多数是不稳定的,只有形成相互交替的内旋的两排涡列,且涡列宽度h与同列相邻的两旋涡的间距l之比满足 =0.281(对圆柱形旋涡发生体)时,这样的涡列才是稳定的。生产旋涡分离的阻流体称为旋涡发生体。涡街流量计是根据旋涡脱离旋涡发生体的频率与流量之间的关系来测量流量的仪表。
1.卡门涡街的产生与现象
为说明卡门涡街的产生,我们来考虑粘性流体绕流圆柱体的流动.当流体速度很低时,流体在前驻点速度为零,来流沿圆柱左右两侧流动,在圆柱体前半部分速度逐渐增大,压力下降,后半部分速度下降,压力升高,在后驻点速度又为零.这时的流动与理想流体统流圆柱体相同,无旋涡产生,如图3—7a所示.
随着来流速度增加,圆柱体后半部分的压力梯度增大,引起流体附面层的分离,如图3—7b所示.当来流的雷诺数Re再增大,达到40左右时,由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞,就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋

 

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