1.引言(yán)
   渦街(jiē)流量計 （或(huò)稱 旋(xuán)渦(wō)流量計(jì) ）是一種基(jī)于流(liú)體振蕩原理的新型速(sù)度式流(liú)量儀表(biǎo)。它的輸(shū)出信(xìn)号是與流(liú)量成(chéng)正比(bǐ)的脈沖頻(pín)率信号或(huò)标準電(diàn)流信号，可遠(yuǎn)距離傳輸(shū)，并且輸(shū)出(chū)信号(hào)僅與流量有關(guān)，不受流(liú)體(tǐ)的溫(wēn)度、壓(yā)力、成分、粘(zhān)度和密(mì)度(dù)的影(yǐng)響。它(tā)具(jù)有量程(chéng)比寬，結構(gòu)簡單，無運(yùn)動(dòng)件，檢測(cè)元件不接觸被(bèi)測流體，具有測(cè)量精(jīng)度(dù)好(hǎo)、應用(yòng)範圍(wéi)廣、使用壽命長等特點。因(yīn)此，渦(wō)街(jiē)流量計(jì)自20世紀60年(nián)代末(mò)誕生(shēng)以(yǐ)來，發展(zhǎn)異常迅速，許多(duō)研究(jiū)者進行了(le)大量(liàng)的工(gōng)作，開發出(chū)了衆多類(lèi)型的渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計，并(bìng)大量生産(chǎn)投放(fàng)市場，像這樣在(zài)短短幾年(nián)時(shí)間内就達到(dào)從實驗室樣機(jī)到批量生(shēng)産過(guò)程的流量計還是僅有的。
   然而，在經(jīng)曆了20世紀(jì)80～90年代的(de)“渦街熱”以後，渦街(jiē)流量計的發展放慢(màn)了步(bù)伐(fá)。由于對(duì)這種新型(xíng)儀表(biǎo)的生産、設計、選(xuǎn)型和應用(yòng)方面的經驗(yàn)不足，面(miàn)對各行各業千(qiān)差萬别(bié)的現場(chǎng)和測量對象，有些問題逐步暴(bào)露出(chū)來，如(rú)安裝條件(jiàn)和方(fāng)式對(duì)測量(liàng)的影響等。對于(yú)安裝條(tiáo)件(jiàn)（即各種使(shǐ)用條件下所(suǒ)必須的(de)直管段(duàn)長(zhǎng)度）的(de)要求，不同儀表(biǎo)廠家都會給(gěi)出(chū)一個(gè)比較(jiào)合理(lǐ)的建議(yì)值。但是，對于安裝(zhuāng)方式(shì)（即 流量計 水平安裝或(huò)垂直安(ān)裝）給(gěi)渦街流量計造成的影響，一般都沒(méi)有涉(shè)及。本文通過相(xiàng)同條件(jiàn)下(xià)的(de)實(shí)驗研究，定量地(dì)讨論和比較了水平、垂直兩種(zhǒng)安(ān)裝方(fāng)式對渦(wō)街流量計測量(liàng)的影響。
2．渦街流量計(jì)測(cè)量原理(lǐ)
   在流體中(zhōng)垂直(zhí)于流向插(chā)入一(yī)根非流線型柱(zhù)狀物體（即旋渦(wō)發生(shēng)體），當(dāng)流速大于(yú)一定值時，在(zài)柱狀(zhuàng)物兩側(cè)将産生兩排旋轉方向相反、交替出現的非對(duì)稱的旋(xuán)渦(wō)列（即(jí)卡門(mén)渦(wō)街），如圖(tú)1所示，通過檢測(cè)渦街(jiē)産生(shēng)的頻(pín)率，根據有(yǒu)關的(de)關系(xì)式(shì)得到流(liú)體的(de)流量。

設旋(xuán)渦的發生頻率(lǜ)爲f，被測介質來(lái)流的(de)平(píng)均速度(dù)爲u，旋渦發生體迎面寬度爲d，管(guǎn)道内徑爲d，根據(jù)卡門(mén)渦街原理(lǐ)，有(yǒu)如下關(guān)系式(shì)：

式中u1爲(wèi)旋渦發(fā)生體兩側(cè)的平(píng)均流(liú)速，m/s；st爲斯特(tè)勞哈(hā)爾(ěr)數(shù)，量綱(gāng)爲1；m爲旋渦發生(shēng)體兩側(cè)弓形面(miàn)積與(yǔ)管道橫截(jié)面面(miàn)積之(zhī)比，量(liàng)綱爲1。
管(guǎn)道内流(liú)體(tǐ)的體積(jī)流量(liàng)qv爲：
式中k爲渦街(jiē)流量計的儀表(biǎo)系數，hz/(m3/h)。
式（3）就(jiù)是渦(wō)街流(liú)量計測量的基本關系式(shì)，其中k除與(yǔ)旋渦(wō)發生體、管道的(de)幾何尺(chǐ)寸(cùn)有關(guān)外，還與斯特勞(láo)哈爾數有(yǒu)關。斯特勞哈爾數(shù)爲(wèi)無量綱參(cān)數，它(tā)與旋渦發生體(tǐ)形狀(zhuàng)及雷(léi)諾數(shù)有關，在(zài)red = 2×104 ~ 7×106範圍内(nèi)，st可視爲常數，這(zhè)是儀表正常工(gōng)作範圍。同時可(kě)以看(kàn)到，渦街流(liú)量計(jì)輸(shū)出(chū)的脈(mò)沖頻率信号(hào)不(bú)受流體(tǐ)物性和組分變(biàn)化的影(yǐng)響，即儀表系數(shù)在一(yī)定(dìng)雷諾數(shù)範圍内僅(jǐn)與旋(xuán)渦發生體(tǐ)及管(guǎn)道的(de)形(xíng)狀尺寸(cùn)等有(yǒu)關。
3. 渦街流(liú)量計的安裝方(fāng)式
   在(zài)工程實(shí)際(jì)應用(yòng)中，渦街流量計通(tōng)常有如(rú)圖2所示(shì)的(de)幾種安裝(zhuāng)方式[10]，其中(zhōng)（a）、（b）、（c）三種方式都屬(shǔ)于水平安裝；（d）則(zé)爲渦街(jiē)流(liú)量計(jì)的垂直(zhí)安(ān)裝。對(duì)不同的流體應(yīng)采用不同的安(ān)裝方式。普通液體、氣體、含水量液體的氣體、低(dī)溫氣(qì)體和液體(tǐ)、含微量固體顆粒的(de)液體和氣體等可(kě)采(cǎi)用（a）、（c）、（d）方式安(ān)裝(zhuāng)；高溫液(yè)體、高溫氣(qì)體、蒸(zhēng)汽可(kě)采用（b）、（c）、（d）方式(shì)安裝；濕飽和蒸(zhēng)汽可(kě)采(cǎi)用（a）、（c）、（d）方式(shì)安裝(zhuāng)；液－氣（含微(wēi)量氣體）、液－固（含(hán)微量固體）和液(yè)－液兩(liǎng)項(xiàng)流中，如(rú)果氣、固相(xiàng)不超(chāo)出可(kě)測量範圍(wéi)，建議(yì)首先采用(yòng)（d）方式安裝。

4. 實驗及結(jié)果讨(tǎo)論
4.1 實(shí)驗裝(zhuāng)置與(yǔ)過程
   實驗裝置結構如(rú)圖3所示(shì)，水穩壓罐爲管(guǎn)路提供恒定的(de)水壓(yā)，使實(shí)驗時(shí)流量(liàng)穩定(dìng)，水流量的大(dà)小由調節閥(fá)來(lái)調節，流(liú)量範圍爲2～20 m3/h。電磁流量計作(zuò)爲标(biāo)準流量表給出進入(rù)實驗(yàn)段的(de)水的标準流量(liàng)值，精(jīng)度爲0.5％。渦街(jiē)流量計分别按(àn)照水(shuǐ)平和垂直(zhí)兩種方式(shì)安裝在實(shí)驗管路中(zhōng)，它們(men)都(dōu)具(jù)有足(zú)夠長的前、後直(zhí)管段長度，并且其它(tā)安裝(zhuāng)條件(jiàn)都嚴格按照規(guī)定的要求。渦街(jiē)流(liú)量計(jì)的信号(hào)通過(guò)示波器(qì)采(cǎi)集，采樣頻率選用1000 hz，每組(zǔ)數據包含2500點(diǎn)。

4. 2 實驗(yàn)結果(guǒ)與分(fèn)析
   分别對(duì)在水平和垂直(zhí)兩種(zhǒng)安裝方式(shì)時測(cè)得(dé)的渦街(jiē)信号進行快速(sù)傅裏葉變換（fft），可(kě)以得到渦街頻(pín)率值，圖4給(gěi)出了渦街頻(pín)率與流(liú)量之(zhī)間的(de)關系。從(cóng)圖中可(kě)以看(kàn)出，兩者之間的(de)差别(bié)很小(xiǎo)。再分(fèn)别對(duì)測(cè)得的渦街率與(yǔ)流量做(zuò)零截距最(zuì)小二乘拟合(hé)，得到水(shuǐ)平、垂直安(ān)裝的(de)渦街(jiē)流(liú)量計儀(yí)表系(xì)數(shù)分别爲(wèi)2.5202 hz/(m3/h)和(hé)2.5198 hz/(m3/h)，相對誤差小(xiǎo)于0.02%。可見，在安裝方式(shì)對渦街流(liú)量計的測量影響很(hěn)小(xiǎo)，可以忽(hū)略。

   爲(wèi)了進一(yī)步(bù)研究(jiū)渦街流量計安(ān)裝方式的影響(xiǎng)，本文還比較了在水平和垂直(zhí)兩種方式下的(de)渦街信(xìn)号的幅(fú)度。圖(tú)5給出了渦(wō)街(jiē)信号幅度與(yǔ)流量之間的關(guān)系，可以看(kàn)出信(xìn)号幅度(dù)都與流(liú)量成(chéng)近似二次(cì)方關系，在相同流量(liàng)下，信号幅(fú)度基(jī)本上(shàng)相等，這說(shuō)明(míng)渦街流量計(jì)安裝(zhuāng)方式(shì)對(duì)其信号幅度(dù)影響很小，也即(jí)旋渦(wō)的能量（正(zhèng)比于幅度的平(píng)方）幾乎不(bú)受影響。但是，仔細比較可以發(fā)現，渦(wō)街流量計水平安裝時的信号(hào)幅度略大(dà)于垂(chuí)直安裝(zhuāng)的情況(kuàng)，這裏可定性(xìng)地(dì)理解爲，當(dāng)渦街流量計(jì)垂直安裝時部分旋渦能量因爲克服(fú)重力而耗散，使(shǐ)得渦街(jiē)流量計傳感(gǎn)器感(gǎn)測到(dào)的渦街能(néng)量變(biàn)少，從而造成信(xìn)号幅(fú)度減小(xiǎo)。

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