流體振動式流量計的工作原理與計算公式說明

振動式流量計是利用流體在管道中特定的流動條件下，產生的流體振動和流量之間的關系來測量流量。這類儀表一般均以頻率輸出，便于數字測址。常見的振動式流量計有渦街流量計 (vortex shedding nown，eter)和旋進式流敬計(swirl nown、eter)。前者是利用自然振蕩的卡門渦街原理，而后者是利用強迫振蕩的漩渦旋進原理。

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。

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最關系。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—漩渦發生體迎流面最大寬度，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。