流体振动式流量计的工作原理与计算公式说明

流体振动式流量计的工作原理与计算公式说明

振动式流量计是利用流体在管道中特定的流动条件下，产生的流体振动和流量之间的关系来测量流量。这类仪表一般均以频率输出，便于数字测址。常见的振动式流量计有涡街流量计 (vortex shedding nown，eter)和旋进式流敬计(swirl nown、eter)。前者是利用自然振荡的卡门涡街原理，而后者是利用强迫振荡的漩涡旋进原理。

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。

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最关系。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—漩涡发生体迎流面最大宽度，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。