渦街流量計的工作原理
渦街流量計是20世紀70年代發展起來的依據流體自然振蕩原理工作的流量計,其有準確度高、量程比大、流體的壓力損失小、對流體性質不敏感等優點,目前應用較為廣泛.下面僅以此為例進行介紹渦街流量計的工作原理。
工作原理
1875年斯特拉哈爾(Strouhal)用實驗方法測址出流體振動周期與流速的關系,1912年德國流體力學家馮·卡曼(von·Karman)找到了這種漩渦穩定的定***關系。在管道中垂直于流體流向放置一個非線性柱體(漩渦發生體),當流體流員增大到一定程度以后,流體在漩渦發生體兩側交替產生兩列規則排列的漩渦,如圖4一44所示。兩列漩渦的旋轉方向相反,且從發生體上分離出來,平行但不對稱,這兩列漩渦被稱為卡門渦街,簡稱為渦街。由于漩渦之間的相互作用,它們一般是不穩定的。若兩列平行漩渦相距為h.同一列里先后出現的兩個漩渦的間隔距離為l,當滿足sh(nh/l)=1時,則漩渦的形成是穩定的,即渦列穩定,其中sh為雙曲函數。從上述穩定判據中可進一步計算出渦列穩定的條件為h/l=0.281.穩定的單側漩渦產
生的頻率f和漩渦發生體兩側的流體速度V1之間有如下關系:
f=st v1/d (4-105)
式中f—單側漩渦產生的頻率,1/s;
st—斯特拉哈爾數,無量綱數;
V1—漩渦發生體兩側的流速,m/s;
d—漩渦發生體迎流面***大寬度,m。
St又被稱為流體產生漩渦的相似準則數,主要與漩渦發生體的形狀和雷諾數有關。在發生體的幾何形狀確定后,在一定的雷諾數范圍內
根據流動的連續性可知
式中,K為渦街流量計系數。
式(4一108)說明,當管道內徑和漩渦發生體的幾何形狀與尺寸都已確定,.且滿足雷諾數 ReD>=104,則K為常數,qV與f成正比。可見測出漩渦的頻率就可知體積流量,而與流體的物理參數如溫度、壓力、粘度、密度等無關。
注意:式(4一108)推導的前提是渦街穩定,即滿足h/l=0.281,它適合于任何形狀的漩渦發生體。