摘要(yào)：渦街流量(liàng)計 所在截(jie)面流速分(fèn)布的要求(qiú)、拟合公式(shì)的選用和(he)數據處理(lǐ),以及🎯使用(yòng)标定結果(guǒ)時所要注(zhù)意的問題(tí)。提出了一(yi)種以測試(shi)手段和分(fèn)析辦法相(xiàng)結合的關(guan)于⭕标定渦(wo)☎️街流量計(jì)的新的技(ji)術🔆途徑,以(yi)縮短标定(ding)裝置的軸(zhou)向尺寸,降(jiang)低标定費(fei)用。對于充(chōng)分🤩端流的(de)圓管流動(dòng),根據結果(guo)，給出了截(jie)面平均流(liu)速與最大(da)流速之比(bi)随雷諾數(shù)變化的簡(jiǎn)潔🌍計算公(gong)式。
1引言
　　渦(wo)街流量計(jì)是一種近(jin)20年來迅速(su)發展起來(lái)的流量計(ji)量儀表，與(yǔ)當前在流(liú)量計量中(zhōng)廣泛應用(yòng)的節流式(shì)流量儀表(biǎo)相🏒比，有🈲一(yī)系列獨特(tè)的優點。它(tā)在使用過(guò)程中🔆，損耗(hao)低，性能好(hǎo),而且适用(yòng)範圍♍廣，是(shì)很有發展(zhan)前途的節(jie)能計量儀(yi)表。因此，生(shēng)産、選用和(hé)标定渦🌈街(jiē)流量計，具(jù)有很大的(de)現實意義(yì)。
　　力學所受(shou)流量計廠(chang)商委托，對(duì)其産品渦(wo)街流量計(jì)進😄行過标(biao)定，現已具(jù)備基本标(biāo)定設備和(hé)儀器。通過(guo)标定實驗(yàn)我們📞積累(lèi)了經㊙️驗，也(ye)有一些體(ti)會和設想(xiǎng)。将這些整(zhěng)理成文，以(yi)便😘同從事(shi)渦街流量(liàng)計标定工(gong)作的同事(shì)進行交流(liu)🤞和磋商，使(shi)标定工作(zuo)有所改進(jìn)和提高。
2對(dui)截面流速(sù)分布的相(xiàng)似性要求(qiú)
　　在易定的(de)雷諾數範(fàn)圍内，流體(ti)流過柱體(ti)時，産生卡(ka)門渦街現(xian)象。渦街流(liú)量計是根(gēn)據卡門渦(wō)街原理研(yán)制的一種(zhong)流體振蕩(dang)儀表，當流(liu)體流過與(yǔ)介質流向(xiàng)垂直的旋(xuan)渦發生體(ti)時，在其後(hou)方兩側交(jiao)替産生兩(liǎng)列旋渦。旋(xuán)渦脫落頻(pin)率ƒ和流速(su)U之間有如(ru)下關系式(shì)
 
　　式中，U爲旋(xuán)渦發生體(tǐ)前方的流(liu)速，d爲旋渦(wō)發生體的(de)🧡迎流面最(zui)大寬度，Sl爲(wèi)Strouhal數。研究表(biao)明，當旋渦(wo)發生休幾(ji)何形狀确(què)定時，Si在一(yi)🐅定的雷諾(nuo)數範圍内(nèi)爲常數。因(yīn)此，當特征(zheng)長度一定(ding)時❤️，對流速(sù)、流量的測(cè)量,歸結爲(wèi)付旋渦脫(tuō)落頻率的(de)測量。爲了(le)避免或減(jiǎn)少管壁邊(bian)界層的影(yǐng)響，必須使(shǐ)渦街流量(liang)計的旋渦(wo)發生體位(wèi)🌂于管道截(jie)面❗的中心(xin)位置。
　　一般(ban)來說，渦街(jie)流量計出(chu)庫後，在管(guǎn)道上安裝(zhuāng)使用前應(yīng)進行标💰定(ding)。然而将渦(wo)街流量計(jì)标定結果(guǒ)用于💃實際(ji)管流的流(liu)量計量是(shì)有條件的(de)。根據流體(tǐ)力學的相(xiang)似☀️準則，對(dui)于渦街流(liu)量計及其(qi)所在截面(miàn)的管道流(liú)動，标定時(shi)的流動狀(zhuàng)态和⭐實際(jì)的流動狀(zhuàng)态要滿足(zú)幾何相似(si)、運動相似(sì)和動力相(xiàng)似條件。由(yóu)于對流遣(qian)汁實物進(jìn)行标定，因(yin)此其🏃🏻‍♂️幾何(he)相似能自(zì)動保證，動(dòng)力相似便(bian)要求流動(dong)👣雷諾數相(xiàng)等,運動相(xiàng)似則要求(qiú)在标定和(hé)實際管流(liu)中渦街流(liú)量計🏃所在(zài)截面的流(liú)速分布幾(jǐ)何相似，即(ji)
 
　　式中，u爲截(jié)面流速分(fen)布，它是從(cóng)截面得心(xin)量起的無(wu)🍓量綱矢徑(jìng)r=r/R的函數，U爲(wèi)截面中心(xīn)附近流速(sù)，R爲管道半(bàn)徑。一🔴般情(qing)況下，渦街(jiē)流量計安(ān)裝、使用時(shi)要求上遊(you)直管段長(zhang)度L≥20D,下遊直(zhí)管❤️段長度(du)Ɩ≥5D(D爲管道直(zhi)徑)，以保證(zheng)🐆流體流過(guo)🔴旋渦發生(sheng)體時能達(da)到産生穩(wěn)定渦街所(suo)🌈必要的流(liú)動條件。此(cǐ)時在渦街(jie)流量計安(an)裝截面上(shàng)已形成穩(wen)定的流速(sù)分布，且管(guǎn)道内的流(liu)動爲充分(fèn)發展的端(duan)流，爲了能(néng)夠模🤩拟該(gai)截面的流(liú)速分布，标(biāo)🛀🏻定裝置的(de)上下遊直(zhi)管段長度(dù)和管道直(zhí)徑應與實(shi)際管道相(xiang)🌐一緻。運動(dong)相似條件(jiàn)式(2)表明,标(biao)定時僅僅(jin)給出流量(liàng)Q與旋渦頻(pin)率ƒ的定量(liàng)關系是不(bú)夠約，同時(shi)還要保證(zhèng)渦街流量(liang)計所在💋截(jie)面上，标定(ding)的和實際(jì)㊙️管流的
 
值(zhi)相等。式中(zhōng)`u=Q/S爲平均流(liú)速，S爲管道(dào)截面積。從(cong)本質上說(shuō)，渦街流量(liàng)計是一種(zhong)流速測量(liàng)儀表,旋渦(wo)頻率隻與(yǔ)流速有關(guān)。在✊一定的(de)雷諾數下(xia)，當速度剖(pōu)面較爲飽(bao)滿時✔️,旋渦(wō)頻率主要(yào)依賴于最(zui)大流🏃‍♀️速U,因(yīn)此隻要U相(xiang)等則旋渦(wō)頻率也就(jiu)大緻相等(děng)，即使是截(jié)面的流速(su)分布有較(jiào)大差異。而(ér)流經某一(yī)截面的介(jiè)質體積流(liú)量則取決(jué)于該截面(miàn)的平均流(liu)速`u。因此，要(yào)從U與ƒ的基(ji)本測量數(shù)據導出Q與(yu)ƒf的關系需(xu)引進無量(liang)綱流速分(fèn)布參數。爲(wei)便于叙述(shù)和讨論，考(kao)慮一維定(ding)常不可💘壓(ya)等截面管(guǎn)流情形。顯(xiǎn)👈然沿管流(liú)的軸線方(fāng)向截面平(píng)均流速雲(yún)、流量Q和雷(léi)諾數RD=`uDρ/μ都是(shi)不變的🌈。然(rán)而當渦🎯街(jie)流量計位(wèi)于管流的(de)不同軸向(xiang)位置時，流(liú)量計儀表(biao)所顯示的(de)旋渦脫落(luo)頻率卻是(shi)不同的。這(zhe)是由于截(jie)面中心附(fù)近最大流(liu)速U在管道(dao)軸線方向(xiang)變化所緻(zhì)。因此，将實(shí)驗室标定(dìng)的渦街流(liu)量計用于(yú)現場時由(yóu)于ξ值不一(yī)緻而引起(qǐ)的計量誤(wu)差是必須(xū)予以注意(yi)的一個重(zhòng)要問題。
　　當(dāng)然，我們也(ye)可以設計(ji)一種吸氣(qì)式的組合(he)式标定裝(zhuang)置，使其🔅上(shang)遊和下遊(you)直管段長(zhang)度符合标(biāo)定要求，并(bìng)在其下遊(yóu)直管段🍓後(hou)部裝接不(bu)同喉部直(zhí)徑的文丘(qiū)利音速噴(pen)管與真空(kōng)🙇🏻鹾連通。當(dang)管道穩定(ding)流場建立(li)後測量噴(pēn)管喉部的(de)氣流總壓(ya)P0和總溫T0(已(yǐ)知噴管喉(hou)部面積A*)，便(bian)可求出管(guan)流🙇🏻的質量(liàng)流量，再除(chú)以噴管前(qian)方粗管段(duàn)低速流的(de)空氣密度(dù)而得到體(ti)積流量Q;與(yǔ)此同時，測(cè)量渦街流(liú)量計的旋(xuán)渦頻率f，使(shi)流量Q與旋(xuán)渦頻率ƒ一(yī)一對應💞,.經(jīng)數據拟合(he)便給出Q與(yu)ƒ的關系式(shi)。這種标定(dìng)方式似乎(hu)不必求參(cān)數ξ而直接(jie)建立起Q與(yǔ)ƒ的關系，然(rán)而它對渦(wō)街流量計(jì)上遊和下(xia)遊的直🔞管(guǎn)段長度卻(que)有嚴格的(de)要求，這樣(yàng)才能模拟(ni)實際管流(liú)的流速分(fen)布。
3标定公(gōng)式的選用(yong)及數據處(chu)理
　　關于渦(wo)街流量計(ji)的标定公(gong)式，目前計(ji)量部門和(he)用戶普遍(biàn)🏃使用✂️的公(gōng)式爲
 
　　事實(shí)上，式(4)是理(li)想化了的(de)結果，頻率(lü)ƒ爲零時，流(liu)量Q也爲零(ling)。而實際🌈情(qing)況總是偏(piān)離上式。對(dui)渦街流量(liàng)計的㊙️測量(liang)😄數據表明(ming)，采用式(4)時(shí)，對低速即(ji)低頻情況(kuang)數據的拟(ni)合誤差較(jiao)大。故标定(ding)公式應該(gai)采用不經(jīng)過坐标原(yuán)點的直線(xiàn)方程,并給(gěi)出其适用(yòng)範圍。
　　标定(dìng)時，将渦街(jiē)流最計豎(shù)直地插入(ru)實驗裝置(zhì)的來流中(zhōng)，使旋💁渦發(fa)生體的迎(yíng)流面垂直(zhí)于流向。用(yòng)皮托管或(huò)熱線♻️風速(su)儀測🛀🏻量截(jie)面最大流(liu)速U,用計數(shu)器測量所(suo)對應的流(liú)量計旋🔞渦(wo)頻率ƒ,然後(hou)對♊所得數(shu)據用最小(xiao)二乘法進(jin)行拟合，給(gei)出
 
　　式中ƒ≥fo,fo是(shì)對應于下(xià)臨界雷諾(nuò)數的旋渦(wo)頻率。當雷(léi)諾數Rd(特征(zhēng)長度取爲(wei)旋渦發生(shēng)體迎流面(mian)最大寬度(dù)d)大于此臨(lin)界雷諾數(shu)時，Strouhal數St保持(chí)不變。
　　從上(shàng)述讨論和(hé)公式推導(dǎo)可以看出(chū)，對于标定(dìng)渦街流量(liàng)計，最⛷️主✏️要(yao)的有兩點(diǎn):一是經測(cè)試提供最(zuì)大流速U與(yu)旋渦頻率(lǜ)ƒ的關系，二(er)是以測試(shi)或分析辦(bàn)法提🐆供ξ值(zhí)。而ξ則用以(yǐ)計人流速(su)分布🔴、管道(dào)形狀及雷(léi)諾數的影(ying)響。因此，若(ruò)已确定ξ值(zhi)，标定工作(zuo)便可大爲(wèi)簡化☂️，隻需(xū)給出U與ƒ的(de)關系而沒(méi)有必要再(zài)去考慮流(liú)速分布的(de)影響。如前(qian)所述，當截(jie)面速度剖(pou)面較爲飽(bǎo)滿時🔴，旋渦(wo)頻率隻與(yu)截面最大(da)流速有關(guan)，且爲線性(xing)。因此，對于(yú)某一流量(liàng)計,原🥰則上(shang)旋渦頻率(lü)ƒ對最大流(liú)速U的變化(huà)率即dƒ/dU，在沿(yan)标定裝置(zhi)的軸線方(fang)向,其數值(zhi)㊙️是基🏒本不(bu)變的。這對(dui)于适當縮(suo)短标定裝(zhuāng)置的軸向(xiang)尺寸，降低(di)标定費用(yong)是很有實(shí)際意義的(de)。
4湍流時圓(yuan)管的流速(su)分布參數(shù)
　　要确定流(liú)速分布參(can)數ξ值主要(yào)有兩種途(tu)徑，即現場(chǎng)🌈測量和分(fèn)析🧑🏽‍🤝‍🧑🏻辦法，而(ér)後者又分(fèn)爲邊界層(céng)理論分析(xi)辦法和基(ji)于測量數(shù)據的半經(jīng)驗分析辦(bàn)法。下面分(fen)别予以叙(xù)述。
4.1現場測(cè)量t
　　現場測(cè)定大口徑(jing)管流的ξ值(zhi),一個較爲(wèi)簡單的辦(ban)法是用傳(chuán)感器測量(liang)渦街流量(liàng)計安裝截(jié)面的流速(su)分布，然後(hou)積分求出(chū)介質流☁️量(liàng),再用管道(dao)截面積S除(chú)此積分值(zhí)，給出其平(ping)均流速日(ri)，而❤️截面最(zui)大流速`U則(zé)是🏃‍♀️由該截(jie)面流速分(fèn)布的最大(da)測量值給(gei)出🔴，從而确(què)定其某一(yī)流速下的(de)ξ值。
4.2邊界層(ceng)瑪論分析(xi)辦法.
　　标定(dìng)渦街流計(jì)時要求幾(jǐ)何相似、運(yùn)動相似和(he)動力相似(si)，這--切具體(ti)實施起來(lái)實屬不易(yì)。例如，當管(guan)徑較大時(shí)，由于受實(shi)驗場❗地的(de)限制，标定(dìng)裝置的上(shang)遊和下遊(yóu)直管段長(zhǎng)度難以達(da)到标🥰定要(yào)求。若在風(feng)洞中标定(dìng)，因風洞實(shi)驗段較短(duan)而氣流接(jie)近于💁均勻(yun)流，與♋實際(jì)管流的流(liu)速分布差(cha)别較大。而(ér)現場測量(liàng)不僅把所(suo)需的測量(liang)儀器和微(wei)機等要帶(dai)到現場去(qù)，而且還應(ying)備有必要(yào)的♋測試條(tiao)件和環境(jìng)🏃🏻‍♂️(如電源、工(gōng)作間等),因(yin)而常受到(dào)較大限制(zhì)。因此，在很(hen)多情況下(xià)，我們卻不(bú)得不㊙️惜助(zhu)于分析辦(ban)法來确定(ding)ξ值。對于充(chong)分發展爲(wèi)端流.的圓(yuán)管❤️内的流(liú)動，由邊界(jiè)層理🐅論給(gei)出“
 
　　其中ue爲(wei)摩阻速度(du)，`R=D/2。若已知管(guǎn)道直徑D、平(píng)均流速`u、介(jie)質💞密🐅度ρ和(hé)粘性系數(shu)u,則由式(12)分(fèn)别确定RD、λ、u，求(qiu)出`Ru*ρ/u,最後由(yóu)式(11)給出截(jié)面‼️流速分(fèn)布🛀參數5ξ值(zhi)。
　　對于矩形(xing)截面的管(guǎn)流，目前還(hai)沒有較爲(wei)成熟而簡(jian)便的理論(lun)分析方法(fa)可供使用(yòng)。作爲工程(chéng)估算,以該(gai)矩形截面(miàn)的水力學(xue)直徑來代(dai)替圓管直(zhi)徑，然後按(àn)上述步驟(zhou)計算即可(kě)。式中S爲截(jie)面積，C爲截(jié)面周長。在(zài)圓截面情(qing)況下，水力(li)學直徑等(děng)于圓的直(zhí)徑。
 
　　因爲在(zai)推導式(9)時(shí)截面速度(du)剖面包括(kuo)粘性底層(ceng)均用了對(dui)數律，所以(yi)式(11)給出的(de)ξ值在相同(tong)雷諾數下(xia)較之後面(miàn)的半經驗(yàn)公式(15)略高(gao)2%左右。
4.3半經(jīng)驗分析辦(ban)法
　　在很寬(kuan)的雷諾數(shu)範圍内，即(ji)4×103≤RD≤3.2×106,對光滑圓(yuán)管的摩擦(ca)律和速🔴度(du)剖⭕面進行(hang)了很全面(mian)的實驗研(yan)究[41。表明當(dang)雷諾數增(zēng)大時，速度(du)剖面更加(jia)飽滿。當管(guan)道内的流(liu)動爲端流(liú)時，在半徑(jìng)方向上距(jù)管道中心(xīn)⚽軸爲r處的(de)流速可用(yong)經驗公式(shi)表🚩示如下(xià)
 
　　其中指數(shù)n随雷諾數(shu)稍有變化(hua)。根據測量(liàng)結果制成(chéng)🔞了🧡表1。這♍裏(lǐ)應該注意(yi)的問題是(shi)，流體要流(liú)經足夠長(zhǎng)的直管段(duan)後，才👈能成(cheng)爲式(14)表示(shì)的流速分(fen)布。在彎管(guǎn)和閥門的(de)前後不會(hui)形成這樣(yàng)的流速分(fèn)布。在渦街(jiē)流量計的(de)上遊側和(he)下遊側需(xū)✔️要适當長(zhang)度的直管(guan)🌈段，其理由(yóu)就🏃‍♂️在于此(ci)。
　　由式(14)容易(yi)推導出圓(yuán)管流動中(zhōng)平均流速(sù)與最大流(liu)速之比

　　諾(nuo)數範圍内(nèi)式(16)與表1數(shù)據的符合(hé)程度是使(shǐ)人能夠🍉接(jie)受🏒的💋,是對(duì)實驗數據(jù)的較好逼(bī)近，可與式(shì)(15)聯用，求出(chū)ξ随♉RD的變化(hua)。
5結論
　　 根據(ju)上述詳細(xì)的分析讨(tǎo)論，可得出(chū)如下主要(yao)結論:
(1)對管(guǎn)流引進一(yī)相似參數(shù)，即截面平(ping)均流速`u與(yu)最大流速(sù)U之比ξ=`u/U。運
動(dong)相似則要(yào)求在渦街(jie)流量計所(suǒ)在截面上(shang)，标定的和(hé)實📧際管流(liú)💛的5值相等(deng)。
(2)探讨了一(yi)種以測試(shì)手段和分(fen)析辦法相(xiang)結合的标(biao)🤟定🤞渦街流(liú)量計的新(xīn)的技術途(tú)徑,
旨在縮(suō)短大口徑(jing)管流标定(ding)裝置的軸(zhou)向尺寸,降(jiàng)低标定費(fèi)用。
(3)對于充(chong)分湍流的(de)圓管流動(dòng)，根據結果(guo)，給出了截(jié)面流⛹🏻‍♀️速分(fen)布
參數ξ随(sui)雷諾數變(biàn)化的簡潔(jie)計算公式(shi)。
(4)關于流量(liàng)Q與旋渦頻(pin)率f的标定(dìng)公式，似應(yīng)采用不經(jīng)過⭐坐标原(yuan)💋點的直線(xiàn)方程，并給(gěi)出其适用(yòng)範圍。

文章(zhāng)來源于網(wang)絡,如有侵(qin)權聯系即(ji)删除！