1.引言(yán)
   渦街流(liu)量計 （或(huo)稱 旋渦(wo)流量計(ji) ）是一種(zhong)基于流(liú)體振蕩(dang)原理的(de)新型速(sù)度式流(liú)量儀🛀表(biao)。它的輸(shu)出信号(hao)是與流(liú)量成正(zheng)比的脈(mo)沖頻率(lǜ)信号或(huo)标準📞電(dian)流🥰信号(hào)，可遠距(ju)離傳輸(shu)，并且輸(shu)出信号(hao)僅與流(liú)🙇🏻量有關(guan)，不受流(liu)🤩體的溫(wēn)度、壓力(lì)、成分、粘(zhān)度和密(mi)度的影(ying)響。它具(jù)有量程(chéng)比寬，結(jié)構簡單(dān)，無運動(dòng)件💔，檢測(cè)元件不(bú)接觸被(bei)測流體(ti)，具有測(cè)量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼精度(dù)好、應用(yong)範圍廣(guang)、使用壽(shòu)命長等(děng)特點。因(yīn)此，渦街(jiē)流量計(ji)自20世紀(jì)60年代末(mò)誕生以(yi)來，發展(zhǎn)🌂異常迅(xun)速，許多(duō)研究者(zhe)進💛行了(le)大量的(de)工作，開(kāi)🔅發出了(le)衆多類(lèi)型的渦(wō)街流量(liàng)計，并大(da)量⛱️生産(chǎn)投放市(shì)✍️場，像這(zhe)樣在短(duǎn)短幾年(nian)💚時間内(nei)就達到(dào)從實驗(yàn)室樣機(ji)到批量(liang)生産過(guò)程的流(liu)量🤩計還(hái)是僅有(yǒu)的。
   然而(ér)，在經曆(li)了20世紀(jì)80～90年代的(de)“渦街熱(rè)”以後，渦(wō)街流量(liàng)計的發(fa)展放慢(màn)了步伐(fa)。由于對(duì)這種新(xin)型儀表(biǎo)的生🐇産(chan)、設計、選(xuǎn)型和應(yīng)用方面(mian)的經驗(yàn)不足，面(mian)對各行(hang)各業千(qian)差🔴萬别(bié)的現場(chǎng)和測量(liang)對💘象，有(you)些問題(tí)逐步暴(bào)露出來(lái)，如安裝(zhuāng)條件和(he)方式對(dui)⛹🏻‍♀️測量的(de)影響等(deng)。對于安(an)裝條件(jiàn)（即各種(zhong)使用條(tiao)件下所(suo)必須的(de)直管段(duàn)長✂️度）的(de)要求，不(bu)同儀表(biao)廠家都(dou)會給出(chu)一個比(bi)較💋合理(lǐ)的建議(yi)值🌐。但是(shì)，對于安(ān)裝💃🏻方式(shi)（即 流量(liàng)計 水平(ping)安裝或(huo)垂直安(an)裝）給渦(wo)街流量(liàng)計造成(cheng)的影響(xiǎng)，一💚般都(dōu)🌈沒有涉(she)及。本文(wen)通過相(xiàng)同條件(jian)下的實(shí)驗研究(jiū)，定🔞量地(dì)✉️讨論🆚和(hé)比🈲較了(le)水平、垂(chuí)直兩種(zhong)安裝方(fāng)式對渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)的影響(xiǎng)。
2．渦街流(liú)量計測(ce)量原理(lǐ)
   在流體(ti)中垂直(zhí)于流向(xiang)插入一(yi)根非流(liú)線型柱(zhù)狀物體(tǐ)（即旋渦(wo)發生體(tǐ)），當流速(sù)大于一(yī)定值時(shi)，在柱狀(zhuàng)物兩側(cè)将産生(sheng)兩排旋(xuan)轉方向(xiàng)相反、交(jiāo)替出現(xiàn)的非對(duì)稱的旋(xuán)渦列（即(jí)卡門渦(wo)街），如圖(tu)1所示，通(tong)過檢測(cè)渦街産(chan)生的頻(pín)率，根據(ju)有🔞關的(de)關系✌️式(shi)得到流(liu)體的流(liú)量💘。

設旋(xuan)渦的發(fā)生頻率(lǜ)爲f，被測(ce)介質來(lai)流的平(píng)均速度(du)爲u，旋渦(wō)發🆚生體(ti)迎面寬(kuan)度爲d，管(guan)道内徑(jing)爲D，根據(jù)卡門渦(wo)街原理(li)，有如下(xia)關系式(shì)：

式中u1爲(wèi)旋渦發(fā)生體兩(liǎng)側的平(ping)均流速(sù)，m/s；St爲斯特(tè)勞哈爾(er)數，量綱(gāng)爲1；m爲旋(xuán)渦發生(shēng)體兩側(ce)弓形面(mian)積與管(guǎn)道👣橫截(jie)面面🤞積(jī)之比，量(liàng)綱爲1。
管(guan)道内流(liú)體的體(ti)積流量(liàng)qv爲：
式中(zhong)K爲渦街(jiē)流量計(jì)的儀表(biǎo)系數，Hz/(m3/h)。
式(shi)（3）就是渦(wō)街流量(liang)計測量(liàng)的基本(běn)關系式(shì)，其中K除(chu)與❌旋渦(wō)發生體(tǐ)🈲、管道的(de)幾何尺(chǐ)寸有關(guan)外，還與(yǔ)斯特勞(lao)哈爾🌈數(shu)有關。斯(sī)特勞哈(hā)爾數爲(wei)無量綱(gang)參數，它(tā)與旋渦(wo)發生體(tǐ)形狀及(jí)雷諾♉數(shu)有關，在(zai)ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nei)，St可視爲(wei)常數，這(zhe)是儀表(biao)正常工(gong)作範圍(wei)。同🔅時可(kě)以看到(dao)，渦街流(liú)量計輸(shu)出的脈(mò)沖頻率(lǜ)信号不(bu)受流體(ti)物性和(he)組分變(bian)化的影(yǐng)響，即儀(yi)表系數(shu)在一定(dìng)雷諾數(shu)範圍内(nèi)僅與旋(xuan)渦發生(shēng)體及管(guǎn)道的形(xíng)狀尺寸(cun)等有關(guan)。
3. 渦街流(liu)量計的(de)安裝方(fang)式
   在工(gōng)程實際(jì)應用中(zhong)，渦街流(liú)量計通(tōng)常有如(rú)圖2所示(shi)的幾種(zhǒng)🔴安裝💘方(fang)式[10]，其中(zhōng)（a）、（b）、（c）三種方(fang)式都屬(shǔ)于水平(ping)安裝；（d）則(zé)爲渦街(jiē)流量計(ji)的垂直(zhi)安裝。對(dui)不同的(de)流體應(yīng)采💋用不(bu)同🧡的安(an)裝🏃🏻‍♂️方式(shi)。普通液(yè)體👣、氣體(tǐ)、含水量(liàng)液體的(de)☔氣體、低(di)溫氣體(tǐ)和液體(tǐ)、含微量(liàng)固體顆(ke)粒的液(ye)體和氣(qì)體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方(fāng)式安裝(zhuang)；高溫液(ye)體、高溫(wen)氣體、蒸(zheng)汽可采(cai)用（b）、（c）、（d）方式(shi)安裝；濕(shī)飽和蒸(zheng)汽可采(cǎi)用（a）、（c）、（d）方式(shì)安🔞裝；液(yè)😍－氣（含微(wei)量氣體(tǐ)）、液－固（含(hán)微量固(gù)體）和液(ye)－液兩項(xiang)流中，如(ru)🐪果氣、固(gù)相不超(chāo)出可測(cè)量範圍(wéi)，建議首(shǒu)♈先采用(yòng)（d）方💘式安(ān)裝。

4. 實驗及(jí)結果讨(tǎo)論
4.1 實驗(yan)裝置與(yǔ)過程
   實(shí)驗裝置(zhì)結構如(rú)圖3所示(shi)，水穩壓(yā)罐爲管(guǎn)路提供(gòng)恒定的(de)水👣壓，使(shǐ)實驗時(shí)流量穩(wen)定，水流(liú)量的大(dà)小由調(diao)節閥🈲來(lái)調節，流(liu)量範圍(wéi)爲2～20 m3/h。電磁(ci)流量計(jì)作爲标(biao)準流量(liang)表給出(chu)進入實(shi)驗段的(de)水的标(biāo)準流量(liàng)值，精度(du)爲0.5％。渦街(jiē)流量計(ji)分别按(àn)㊙️照水平(ping)和垂直(zhi)兩種方(fang)式安裝(zhuang)🎯在實驗(yan)管路中(zhong)，它們都(dou)具有足(zu)夠長的(de)前、後直(zhí)管段長(zhang)度，并且(qie)其它安(an)裝條件(jian)都嚴格(ge)按照規(guī)定的要(yao)求。渦街(jie)流量‼️計(jì)的信号(hao)通過示(shi)波器采(cai)集，采樣(yang)頻率選(xuǎn)用1000 Hz，每組(zu)數據包(bāo)含2500點。

4. 2 實(shi)驗結果(guo)與分析(xī)
   分别對(dui)在水平(píng)和垂直(zhí)兩種安(an)裝方式(shi)時測得(dé)的渦街(jiē)信号進(jìn)行快速(su)傅裏葉(ye)變換（FFT），可(kě)以得到(dào)渦街頻(pín)率值，圖(tu)4給出了(le)渦街頻(pín)率與流(liú)量之間(jiān)的關系(xi)。從圖中(zhōng)可以看(kàn)出，兩者(zhě)之間的(de)📐差别很(hěn)小。再分(fen)🌈别對測(cè)得的渦(wō)街率與(yu)流量做(zuo)零截距(jù)最小二(er)乘拟合(hé)，得到水(shuǐ)平、垂直(zhí)安裝的(de)渦街流(liú)量計儀(yí)表系數(shù)分别爲(wèi)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對(dui)💃🏻誤差小(xiao)于0.02%。可見(jiàn)，在安裝(zhuāng)方式對(duì)💛渦街流(liu)量計的(de)測量影(yǐng)響很小(xiao)📞，可以忽(hū)略。

   爲(wèi)了進一(yi)步研究(jiū)渦街流(liu)量計安(an)裝方式(shi)的影響(xiǎng)，本文還(hái)比較了(le)在水平(píng)和垂直(zhí)兩種方(fang)式下的(de)渦街信(xìn)号的幅(fu)度。圖5給(gěi)出了渦(wō)街♊信号(hao)幅度與(yǔ)流量之(zhī)間的關(guan)系，可以(yǐ)看出⭐信(xin)号幅🐉度(du)都與💜流(liu)量成近(jìn)似二次(cì)方📱關系(xì)，在相同(tóng)流量下(xià)，信号幅(fú)度基本(běn)上相等(deng)，這說明(míng)渦街流(liú)量計安(ān)裝方式(shi)對其信(xìn)号幅度(dù)影響很(hěn)小，也即(ji)旋渦的(de)能量（正(zhèng)比于幅(fú)度的平(ping)方）幾乎(hu)不受影(ying)響。但是(shì)，仔細比(bǐ)較可以(yi)發現♉，渦(wo)街流量(liàng)計水平(ping)安裝時(shi)的信号(hào)幅度略(luè)大于垂(chuí)直安裝(zhuang)的情況(kuang)，這🔱裏可(ke)定性地(di)理解爲(wèi)，當渦街(jiē)流量計(ji)垂直🔞安(ān)裝時部(bù)分旋❤️渦(wō)能量因(yīn)爲克服(fu)重力而(er)耗散，使(shi)得渦街(jiē)流量計(ji)傳感器(qi)👣感測到(dào)的渦街(jie)能量變(bian)少，從而(ér)造成信(xin)号幅度(dù)減小。

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