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涡街流量计的工作原理



  涡街流量计是20世纪70年代发展起来的依据流体自然振荡原理工作的流量计,其有准确度高、量程比大、流体的压力损失小、对流体性质不敏感等优点,目前应用较为广泛.下面仅以此为例进行介绍涡街流量计的工作原理。


工作原理

1875年斯特拉哈尔(Strouhal)用实验方法测址出流体振动周期与流速的关系,1912年德国流体力学家冯·卡曼(von·Karman)找到了这种漩涡稳定的定***关系。在管道中垂直于流体流向放置一个非线性柱体(漩涡发生体),当流体流员增大到一定程度以后,流体在漩涡发生体两侧交替产生两列规则排列的漩涡,如图4一44所示。两列漩涡的旋转方向相反,且从发生体上分离出来,平行但不对称,这两列漩涡被称为卡门涡街,简称为涡街。由于漩涡之间的相互作用,它们一般是不稳定的。若两列平行漩涡相距为h.同一列里先后出现的两个漩涡的间隔距离为l,当满足sh(nh/l)=1时,则漩涡的形成是稳定的,即涡列稳定,其中sh为双曲函数。从上述稳定判据中可进一步计算出涡列稳定的条件为h/l=0.281.稳定的单侧漩涡产


生的频率f和漩涡发生体两侧的流体速度V1之间有如下关系:

f=st v1/d                            (4-105)
 

式中f—单侧漩涡产生的频率,1/s;

st—斯特拉哈尔数,无量纲数;

V1—漩涡发生体两侧的流速,m/s;

d—漩涡发生体迎流面***大宽度,m。

St又被称为流体产生漩涡的相似准则数,主要与漩涡发生体的形状和雷诺数有关。在发生体的几何形状确定后,在一定的雷诺数范围内

根据流动的连续性可知

 

式中,K为涡街流量计系数。

式(4一108)说明,当管道内径和漩涡发生体的几何形状与尺寸都已确定,.且满足雷诺数 ReD>=104,则K为常数,qV与f成正比。可见测出漩涡的频率就可知体积流量,而与流体的物理参数如温度、压力、粘度、密度等无关。

注意:式(4一108)推导的前提是涡街稳定,即满足h/l=0.281,它适合于任何形状的漩涡发生体。