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    涡街流量计在封闭管道中形成卡门漩涡的特点

    来源:上海佰质仪器仪表有限公司    时间:2018-03-27
    [导读]:

    涡街流量计的理想状态下,无限大平面势流与偶极流迭加形成流体对圆柱形旋涡发生体的绕流运动,并可在一定条件下形成卡门涡列。然而实际状态下的流体位于有限的封闭管道内,流体内部具有粘度,与理想流体状态有很大的差别。

    为了找出涡街流量计的漩涡形成的特性,下面把管内充分发展的紊流分成三个区域,根据实际流体的特点,以理想状态漩涡形成的原理为基础,对圆管内实际流体漩涡的形成做进一步的分析。

    一般说来,圆管内流体的流动是充分发展的紊流,速度分布是不均匀的。由于流体本身具有粘性和内摩擦力,流体与管壁间存有粘性底层,在充分发展的紊流状态下,由于紊流运动中流体质点的横向脉动,使速度分布趋于均匀。雷诺数越大,流体质点相互混杂得越剧烈,其速度分布越趋于均匀。经大量实验证实,其流速分布呈对数形式如下图所示。

    涡街流量计

    由上图可知,流体过流断面上的流速分布大致可分三个区域。靠近管壁处有一薄层流体,由于脉动受管壁的影响,流体质点的横向脉动受到限制,在流体粘性的作用下,流速急剧下降,在管壁处速度降为零,这一区域称为近壁层流层。管中心的绝大部分区域内流速分布比较均匀,称为紊流核心区。近壁层流层与紊流核心区之间存在小的过渡区域,其中存在着较大的流速梯度。

    如果管道中安放一个三角柱型漩涡发生体,根据卡门涡街形成的原理,流体流过发声体后,将在发生体两侧产生交替的漩涡,在形成稳定的漩涡条件下,以及涡列宽度h与同列相邻的两漩涡间距L之比为0.281时,漩涡的频率f与流速成正比,测出漩涡频率就可知流速。

    假设流体流过三角柱型漩涡发生体,形成稳定的漩涡,漩涡的频率f与流速成正比。此时,因漩涡频率与流速有紧密的关系,同流速分布的三个区域一样,流体流过断面上的漩涡频率分布也可分三个区域。具体如下图所示。

    蒸汽流量计

    在近壁层流层区,由于流速趋于零,漩涡频率也趋于零,传感器无检测频率输出。在过渡区内,由于流速变化的梯度很大,产生的漩涡频率变化的梯度也很大,强度由近壁层流层区的趋于零增加到紊流核心区的数值。即在过渡区内,垂直于三角柱上各不同的平面上,产生的频率值是不同的,越接近管壁,值越小。在此区域内,传感器有可能检测到这一区域垂直于三角柱上不同平面上的不同频率信号,容易产生信号错位叠加,使输出不成线性。

    在紊流核心区,由于流速分布是均匀的,流体的流动类似于理想状态,可形成稳定的卡门涡列。此时,紊流核心区内,在垂直于三角柱上各不同的平面上,由于流速相同,所产生的漩涡频率也都是相同的。在此区域内,传感器会检测到这一区域垂直于三角柱上不同平面上相等的频率信号,即传感器检测到的是单一的涡街流量计漩涡频率

    流体形成漩涡时,内部压力产生变化,传感器是利用漩涡分离时产生的横向升力这一物理特性来检测到漩涡发生的。

    一般情况下,涡街流量计检测频率的传感器的安装都是平行于三角柱的悬臂形式,贯穿于上述所分的三个区域。由于在三个区域内漩涡频率不同,也就是说在同一时刻,传感器各部位所受横向升力大小、速率不一样,即传感器各部位受力大小可能是不均匀的。

    在紊流中心区,所受力的速率是恒定的。在过渡区,所受力的速率是渐变的。这样传感器测得的信号是由其顶部紊流区正常信号迭加一列根部过渡区低频信号。低频信号经常会使正常信号发生摆动,最有可能形成涡街的低频摆动噪声。

    为了避免低频摆动噪声,建议将传感器藏于三角柱漩涡发生体内部,在三角柱的紊流核心区两侧开检测孔,使紊流核心区内的漩涡频率信号作用于传感器上,而过渡区域的信号被隔离,使传感器输出的信号更加优化。

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    答:所谓的精度等级概念是:在实际测量所得的流量中允许最大误差的百分比。例如量程为10~200m³/h的流量计,其最大会产生的误差为(10~200)×(±2.5%)=(±0.25~5)m³/h

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