涡街流量计工作原理:当流体以高雷诺数移动经过静止物体(“阻流体”)时,流体倾向于在物体的任一侧形成涡流。每个涡流将形成,然后从物体上分离并继续与流动的气体或液体一起移动,一次一侧以交替的方式。这种现象被称为涡旋脱落,并且在静止物体下游承载的移动涡旋的图案被称为涡街。
通过观察旗杆,灯柱和高烟囱的运动,可以看到在刮风天涡旋脱落的影响。这些物体中的每一个都倾向于垂直于风的方向振荡,这是由于涡流在交替形成和脱离物体时由涡流引起的压力变化:
这个交替的系列漩涡由VincencStrouhal在十九世纪晚期研究,后来由西奥多·冯·卡姆哈当在二十世纪初期研究。对于大范围的雷诺数值,确定静止物体下游的连续涡流之间的距离是相对恒定的,并且与物体的宽度成正比(注)。如果我们将这些涡旋视为连续波的波峰,则涡旋之间的距离可以用通常为波长保留的符号表示:希腊字母“lambda”(λ)。
注意:重要的是要注意,如果雷诺数太低,涡旋脱落现象就会完全停止。层流不会产生漩涡,而是围绕任何放置在其中的物体的流线流动。
物体宽度(d)和涡街波长(λ)之间的比例称为斯特劳哈尔数(S),约等于0.17:
如果差压传感器紧靠静止物体的下游安装,使其检测到通过的涡流为压力变化,则会检测到交变信号:
该交变压力信号的频率与通过物体的流体速度成正比,因为波长是恒定的。这遵循所有行波共有的经典频率-速度-波长公式(λf=v)。由于我们知道波长将等于阻流体的宽度除以斯特劳哈尔数(约0.17),我们可以将其代入频率-速度-波长公式,以便根据信号频率求解流体速度(v)(f))和钝体宽度(d)。
因此,安装在管段中间的静止物体和压力传感器构成称为涡流流量计的流量计的形式。像具有电子“拾取”传感器的涡轮流量计一样,用于检测旋转涡轮叶片的通过,涡旋流量计的输出频率与体积流量成线性比例。
涡街流量计中使用的压力传感器不是标准的差压变送器,因为涡流频率太高而不能被这种庞大的仪器成功检测到。相反,传感器通常是压电晶体。这些压力传感器不需要校准,因为检测到的压力波的幅度是无关紧要的。只有波的频率对测量流速很重要,因此几乎任何具有足够快响应时间的压力传感器就足够了。
与涡轮流量计一样,传感器频率(f)和体积流量(Q)之间的关系可以表示为比例,字母k用于表示任何特定流量计的比例常数:
其中,
f=输出信号的频率(Hz)
Q=体积流量(例如每秒加仑数)
k=涡旋流量管的“K”因子(例如每加仑脉冲数)
注意:如果流速按惯例以加仑/分钟为单位表示,则公式必须包含分钟到秒转换的因子:f=kQ/60
这意味着涡流流量计,如电子涡轮流量计,每个都具有与通过流量计的每单位体积产生的脉冲数相关的特定“k因子”。计算在一定时间跨度内的总脉冲数产生在相同时间跨度内通过流量计的总流体体积,使得涡流流量计容易适应于“总计”流体体积,就像涡轮流量计一样。涡流频率和体积流量之间的直接比例也意味着涡街流量计就像涡轮流量计一样是线性响应仪器。与表现出二次响应的孔板不同,涡轮和涡街流量计都享有更宽的流量测量范围(调节),并且不需要特殊的信号表征即可正常工作。
注意:制造商使用水作为测试液(工厂“湿校准”),根据经验确定每个流量计的k因子,以确保最佳精度。
由于涡街流量计没有活动部件,因此它们不会遇到涡轮流量计面临的磨损和润滑问题。如果流体流量突然停止,则没有像涡轮流量计那样“滑行”的移动元件,这意味着涡流流量计更适合于测量不稳定的流量。
涡流流量计的一个显着缺点是被称为低流量切断的行为,其中流量计仅在一定流量下停止工作。其原因是层流:在低流速(即低雷诺数值)下,流体粘度的影响压倒了流体动量,阻止了涡流的形成。涡流的停止导致涡流流量计完全没有流量,即使仍有一些(层流)流过管道。在高流速(即高雷诺数值)下,流体动量足以克服粘度并产生涡流,涡流流量计工作正常。
首先,涡流流量计的低流量切断现象似乎类似于涡轮流量计的最小线性流量限制。然而,涡流流量计低流量截止实际上是一个更严重的问题。如果通过涡轮流量计的体积流量低于最小线性值,则涡轮继续旋转,尽管比应该的速度慢。但是,如果通过涡街流量计的体积流量低于低流量截止值,则流量计的信号完全变为零,表明根本没有流量。这种特性使得涡街流量计完全不适用于所需流量测量范围一直延伸到零的应用。
与其他基于速度的仪表一样,涡街流量计受到流体流中大规模湍流的影响,因此在流量计的上游和下游需要一定长度的直管来正确表征流量。通常安装涡流流量计,其上游管道直径为10管道,下游管道直径为5。
以上就是涡街流量计一系列工作原理,如有疑问可以拨打力诺咨询热线400-801-8633进行咨询。