1.引言(yan)
   渦街流量(liang)計 （或稱 旋(xuan)渦流量計(ji) ）是一種基(ji)于流體振(zhen)蕩原理的(de)新型速度(du)式流量儀(yi)表。它的輸(shu)出✍️信号是(shi)與流量成(cheng)正比的脈(mo)沖頻率信(xin)号或标準(zhun)電流信号(hao)，可遠距離(li)傳輸，并且(qie)輸出信号(hao)僅與流量(liang)有關，不受(shou)流體的溫(wen)🌈度、壓力、成(cheng)分、粘度和(he)密度的影(ying)響。它具有(you)量程比寬(kuan)，結構簡單(dan)，無運動件(jian)🐕，檢測元件(jian)不❤️接觸被(bei)測流體，具(ju)有測量精(jing)度好、應用(yong)範圍廣、使(shi)用🛀🏻壽命長(zhang)等特點。因(yin)此，渦街流(liu)量計自20世(shi)紀60年代末(mo)㊙️誕生以👣來(lai)，發展異常(chang)迅速，許多(duo)研究者進(jin)行了大量(liang)的工作，開(kai)發出了衆(zhong)多類型的(de)渦街流量(liang)計，并大量(liang)生産投放(fang)市場，像這(zhe)樣在短短(duan)幾年✍️時間(jian)内就達到(dao)從實驗室(shi)樣機到批(pi)量生産過(guo)程的流量(liang)🈲計還是僅(jin)有的。
   然而(er)，在經曆了(le)20世紀80～90年代(dai)的“渦街熱(re)”以後，渦街(jie)流量計的(de)發展放慢(man)了步伐。由(you)于對這種(zhong)新型儀表(biao)的生産、設(she)計、選💛型和(he)應用方面(mian)🈲的經驗不(bu)足，面對各(ge)行各業千(qian)差🆚萬别的(de)現場和測(ce)量對象，有(you)些問題逐(zhu)步暴露出(chu)來，如安裝(zhuang)條件和方(fang)式對測量(liang)的影🛀🏻響等(deng)。對于安裝(zhuang)條件（即各(ge)種使用條(tiao)件下所必(bi)須的直管(guan)段長💞度）的(de)要求，不同(tong)💯儀表廠家(jia)都會♉給出(chu)一個比較(jiao)合理的建(jian)議值。但是(shi)，對于安裝(zhuang)☔方式（即 流(liu)量計 水平(ping)安裝或垂(chui)直安裝）給(gei)渦街流量(liang)計造成的(de)影響，一般(ban)都沒有💃🏻涉(she)及。本文通(tong)過相同條(tiao)件下的實(shi)驗研👣究，定(ding)量地讨論(lun)和比較了(le)水平、垂直(zhi)兩種安裝(zhuang)方式對渦(wo)街流量計(ji)測量的🏃🏻‍♂️影(ying)響。
2．渦街流(liu)量計測量(liang)原理
   在流(liu)體中垂直(zhi)于流向插(cha)入一根非(fei)流線型柱(zhu)狀物體📧（即(ji)旋渦💁發生(sheng)體），當流速(su)大于一定(ding)值時，在柱(zhu)狀物🥵兩側(ce)将産生兩(liang)排旋轉方(fang)向相反、交(jiao)替出現的(de)非對稱的(de)旋渦列（即(ji)卡門渦🚶‍♀️街(jie)），如圖💜1所示(shi)，通過檢測(ce)渦街産生(sheng)的頻率，根(gen)據有關的(de)關系式得(de)到流✏️體的(de)流量☁️。

設旋(xuan)渦的發生(sheng)頻率爲f，被(bei)測介質來(lai)流的平均(jun)速度爲u，旋(xuan)渦發🐪生🏃‍♂️體(ti)迎面寬度(du)爲d，管道内(nei)徑爲D，根據(ju)卡門渦街(jie)原理，有如(ru)下關系式(shi)：

式中u1爲旋(xuan)渦發生體(ti)兩側的平(ping)均流速，m/s；St爲(wei)斯特勞哈(ha)💜爾數，量綱(gang)爲1；m爲旋渦(wo)發生體兩(liang)側弓形面(mian)積與管道(dao)橫截面面(mian)積之比，量(liang)綱爲1。
管道(dao)内流體的(de)體積流量(liang)qv爲：
式中K爲(wei)渦街流量(liang)計的儀表(biao)系數，Hz/(m3/h)。
式（3）就(jiu)是渦街流(liu)量計測量(liang)的基本關(guan)系式，其中(zhong)K除與旋渦(wo)發生體、管(guan)道的幾何(he)尺寸有關(guan)外，還與斯(si)特勞哈爾(er)數有關。斯(si)特勞哈爾(er)數爲無量(liang)綱參數，它(ta)與旋渦發(fa)生體形狀(zhuang)♋及雷諾🤞數(shu)有關🏃‍♂️，在ReD = 2×104 ~ 7×106範(fan)圍🐅内，St可視(shi)爲常數，這(zhe)是儀‼️表正(zheng)常工作範(fan)圍。同時可(ke)以看到，渦(wo)街流量計(ji)輸出的💞脈(mo)沖頻率信(xin)⛷️号不受流(liu)體物性和(he)組分變化(hua)的影響，即(ji)😍儀表系數(shu)在一❄️定雷(lei)諾數範圍(wei)内僅與旋(xuan)渦發生體(ti)及管道的(de)形狀尺寸(cun)等有關。
3. 渦(wo)街流量計(ji)的安裝方(fang)式
   在工程(cheng)實際應用(yong)中，渦街流(liu)量計通常(chang)有如圖2所(suo)示的幾種(zhong)安裝方式(shi)[10]，其中（a）、（b）、（c）三種(zhong)方式都屬(shu)于水平安(an)裝；（d）則爲渦(wo)街流量計(ji)的📱垂直安(an)裝。對不同(tong)的流體應(ying)采用不同(tong)的安裝方(fang)式。普通液(ye)體🔞、氣體、含(han)水量液體(ti)的氣體、低(di)溫氣體和(he)液體、含微(wei)量固體顆(ke)粒的液體(ti)和氣體等(deng)可采用（a）、（c）、（d）方(fang)式安裝；高(gao)溫液體、高(gao)溫氣體、蒸(zheng)汽可采用(yong)（b）、（c）、（d）方式安裝(zhuang)；濕飽和蒸(zheng)汽可采用(yong)（a）、（c）、（d）方式安裝(zhuang)；液－氣（含微(wei)量氣體）、液(ye)－固（含微量(liang)固體）和液(ye)－液兩項流(liu)中，如果氣(qi)、固相不超(chao)出可測量(liang)範圍，建議(yi)首先采用(yong)（d）方式安裝(zhuang)。

4. 實驗(yan)及結果讨(tao)論
4.1 實驗裝(zhuang)置與過程(cheng)
   實驗裝置(zhi)結構如圖(tu)3所示，水穩(wen)壓罐爲管(guan)路提供恒(heng)定的水🈲壓(ya)🐆，使實驗時(shi)流量穩定(ding)，水流量的(de)大小由調(diao)節閥✌️來調(diao)節，流❤️量範(fan)圍爲2～20 m3/h。電磁(ci)流量計作(zuo)爲标準流(liu)💘量表給出(chu)進入實驗(yan)段的水的(de)标準流量(liang)值，精度爲(wei)0.5％。渦街流量(liang)計分别按(an)照水平和(he)垂直兩種(zhong)方式安裝(zhuang)在實驗管(guan)路中，它們(men)都具⭕有足(zu)夠長的前(qian)、後直管段(duan)🐕長度，并且(qie)其它安裝(zhuang)條件都嚴(yan)格按照規(gui)定的要求(qiu)。渦街流量(liang)計的信号(hao)通過示波(bo)器采集，采(cai)樣頻率選(xuan)用1000 Hz，每組數(shu)據包含2500點(dian)。

4. 2 實驗結果(guo)與分析
   分(fen)别對在水(shui)平和垂直(zhi)兩種安裝(zhuang)方式時測(ce)得的渦🍉街(jie)信号進行(hang)🛀快速傅裏(li)葉變換（FFT），可(ke)以得到渦(wo)街頻率🌈值(zhi)，圖4給出了(le)渦街頻率(lü)與流量之(zhi)間的關系(xi)。從圖中可(ke)以看出，兩(liang)者之間的(de)差别很小(xiao)。再分别對(dui)測得的渦(wo)街率與流(liu)量做零截(jie)距最小二(er)乘拟合，得(de)到水平🆚、垂(chui)直安裝的(de)渦街流量(liang)計儀表系(xi)數分⭐别爲(wei)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對✍️誤(wu)差小于0.02%。可(ke)見，在安裝(zhuang)方式對渦(wo)街流量計(ji)的測量影(ying)響很小，可(ke)以忽略。

   爲(wei)了進一步(bu)研究渦街(jie)流量計安(an)裝方式的(de)影響，本文(wen)還比較了(le)✨在水平和(he)垂直兩種(zhong)方式下的(de)渦街信号(hao)的幅度。圖(tu)5給出了🤩渦(wo)街💘信号幅(fu)度與流量(liang)之間的🈲關(guan)系，可👈以看(kan)出信号幅(fu)度都與📱流(liu)量成🆚近似(si)二次方關(guan)系，在相同(tong)流量下，信(xin)号幅度基(ji)本上相等(deng)，這說明㊙️渦(wo)街流量計(ji)安裝方式(shi)對其信号(hao)幅度影響(xiang)很小，也即(ji)旋渦的能(neng)量（正比于(yu)幅度的平(ping)方）幾乎不(bu)受影響。但(dan)是，仔細📞比(bi)較可💁以發(fa)現，渦街流(liu)量🌐計水平(ping)安裝時的(de)☂️信号幅度(du)略大于🐇垂(chui)直安裝的(de)情況，這裏(li)可定性地(di)理解爲㊙️，當(dang)渦街流量(liang)計垂直安(an)裝時部分(fen)旋渦能量(liang)因爲克服(fu)重力而耗(hao)散，使得渦(wo)街流量計(ji)傳感器感(gan)測到的渦(wo)街能量變(bian)少🧡，從而造(zao)成信号幅(fu)度減小🔴。

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