涡街流量计测量原理
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涡街流量计测量原理
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,如图1-23所示,这种旋涡称为卡门涡街。
研究表明,这些涡列多数是不稳定的,只有形成相互交替内旋的两排涡列,且涡列宽度h 与同列相邻的两旋涡的间距l 之比为0.281(对圆柱形旋涡发生体)时这样的涡列才是稳定的。
产生的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。
(a )圆柱体
(b )等边三角形柱体
图1-23 涡街的发生情况
根据卡门涡街原理,单侧旋涡频率f 和旋涡发生体两侧流速1u 间有如下关系:
d
u S f r 1= (1-49) 式中 d ——旋涡发生体的迎流面最大宽度,m ;
r S ——斯特劳哈尔数,无量纲。
在以d 为特征尺寸的雷诺数Re 的一定范围内,r S 为常数。
因此,当柱体的形状、尺寸决定后,可根据式(1-49)通过测定f 来测定旋涡发生体两侧的流体流速1u 。
根据流体流动连续性原理可得
Au u A =11 (1-50)
式中 1A ——旋涡发生体两侧流通面积,2
m ; A ——管道流通面积,2m ;
u ——管道截面上流体平均速度,m/s 。
定义截面比A A m 1=
,则由式(1-49)和式(1-50)可得r
S dm f u =,则瞬时体积流量为 f S dm D f S dm A
q r r v 24
π== (1-51) 式中 D ——管道内经,m 。
对于圆柱体旋涡发生体,可以计算得
arcsin 1(21221D d D
d D d A A m +−−==π 当3.0<D d 时,D d D d ≈arcsin ,1122
≈−D
d ,则有D d m 25.11−≈。
式(1-51)即为涡街流量计的流量方程。
其仪表系数为
md S D q f K r
v 412
π== (1-52) 式中v q ——通过流量计的体积流量,s L /;
f ——流量计输出的信号频率,Hz ;
K ——涡街流量计仪表系数,1−L 。
式(1-51)说明,在斯特劳哈尔数r S 为常数的基础上,通过涡街流量计的体积流量与旋涡频率成正比。
仪表系数K 仅与旋涡发生体几何参数有关,而与流体物性和组分无关。