1.引言(yán)
   渦街流(liu)量計 （或(huò)稱 旋渦(wo)流量計(jì) ）是一種(zhong)基于流(liú)體振蕩(dang)原理的(de)新型速(sù)度式流(liu)量儀表(biǎo)😍。它的輸(shu)出👄信号(hao)是與流(liu)量成正(zheng)比的脈(mò)沖頻率(lü)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(liu)量有關(guan)，不受流(liú)體的溫(wēn)度、壓力(lì)、成分、粘(zhān)度和密(mì)度的影(yǐng)響。它具(ju)有量程(chéng)比寬🆚，結(jié)構簡單(dān)🆚，無運動(dong)件，檢測(cè)元件不(bú)接觸被(bèi)測流體(ti)，具有測(ce)量精度(dù)好、應用(yòng)🔅範圍廣(guang)、使用壽(shòu)命長等(děng)特點。因(yin)此，渦街(jiē)流量計(jì)自20世紀(ji)60年代末(mò)誕生以(yi)來，發展(zhǎn)異常迅(xùn)速🎯，許多(duo)研究者(zhě)進行了(le)大量的(de)工作，開(kai)😘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(nèi)就達到(dao)從實驗(yàn)室樣機(ji)到批量(liang)生産過(guo)程的流(liú)量🚶計還(hai)是僅有(you)🍉的。
   然而(er)，在經曆(lì)了20世紀(jì)80～90年代的(de)“渦街熱(rè)”以後，渦(wō)街流量(liang)計🔴的發(fa)展放慢(màn)了步伐(fa)。由于對(duì)這種新(xīn)型儀表(biao)的生🐇産(chan)、設計、選(xuan)型和❌應(ying)用方面(miàn)的經驗(yan)不足，面(mian)對各行(hang)各業千(qiān)差萬别(bié)的現場(chǎng)和測量(liàng)對象，有(yǒu)些問題(ti)逐步暴(bào)🍓露出來(lai)，如🧑🏾‍🤝‍🧑🏼安裝(zhuang)條件和(he)方式對(duì)測量的(de)影響等(děng)。對于安(an)裝條件(jiàn)（即各種(zhǒng)使用條(tiáo)件下所(suǒ)必須的(de)直管段(duan)長✊度）的(de)要求，不(bu)同儀表(biao)廠家都(dou)會給出(chu)一個比(bǐ)較🔴合理(li)的建議(yì)值🔴。但是(shì)，對于安(ān)裝方式(shi)（即 流量(liàng)計 水平(ping)安裝或(huò)垂直安(an)裝）給渦(wo)街流量(liang)計造成(cheng)的影響(xiang)，一般🏃都(dōu)沒有涉(she)及。本文(wén)通過相(xiàng)同條件(jiàn)下的實(shí)驗研究(jiū)，定量地(di)讨論和(he)比較了(le)水平、垂(chui)直兩種(zhǒng)安裝方(fāng)式對渦(wō)街流量(liang)計測量(liang)的影響(xiǎng)。
2．渦街流(liu)量計測(ce)量原理(li)
   在流體(ti)中垂直(zhi)于流向(xiang)插入一(yī)根非流(liú)線型柱(zhu)狀物體(ti)🌂（即旋渦(wo)發生體(ti)），當流速(su)大于一(yī)定值時(shí)，在柱狀(zhuang)物兩側(ce)将産生(sheng)兩👈排旋(xuan)轉方向(xiang)相反、交(jiao)替出現(xian)的非對(duì)❗稱的旋(xuan)渦列（即(jí)⛹🏻‍♀️卡門渦(wo)街），如圖(tú)1所示，通(tong)過檢測(cè)渦街産(chǎn)生的頻(pín)率，根據(jù)有✌️關的(de)關系式(shì)得到流(liú)體的流(liu)量。

設旋(xuán)渦的發(fā)生頻率(lǜ)爲f，被測(cè)介質來(lái)流的平(ping)均速度(dù)爲u，旋渦(wō)發生體(ti)迎面寬(kuān)度爲d，管(guǎn)道内徑(jìng)爲D，根據(ju)卡門渦(wo)街原理(lǐ)🈲，有如下(xià)關系式(shì)：

式中u1爲(wèi)旋渦發(fā)生體兩(liang)側的平(píng)均流速(sù)，m/s；St爲斯特(te)勞哈爾(ěr)數，量綱(gang)爲1；m爲旋(xuán)渦發生(sheng)體兩側(cè)弓形面(mian)積與管(guan)道橫截(jie)面面積(jī)之比，量(liang)綱爲1。
管(guǎn)道内流(liu)體的體(tǐ)積流量(liang)qv爲：
式中(zhong)K爲渦街(jiē)流量計(jì)的儀表(biǎo)系數，Hz/(m3/h)。
式(shì)（3）就是渦(wō)街流量(liàng)計測量(liàng)的基本(běn)關系式(shì)，其中K除(chu)與旋渦(wo)發生體(ti)、管道的(de)幾何尺(chǐ)寸有關(guān)外，還與(yu)斯特勞(láo)哈爾💰數(shu)有關。斯(sī)特勞哈(ha)爾數爲(wèi)無量綱(gang)參數，它(tā)與旋渦(wō)發生💰體(ti)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(zhè)是儀表(biao)正常工(gong)作範圍(wéi)。同時可(kě)以看到(dao)，渦街流(liú)量計輸(shū)出的脈(mò)沖頻率(lü)信号不(bú)受流體(ti)物性和(hé)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(nei)僅與旋(xuan)渦發生(shēng)體及🥰管(guan)道的形(xíng)狀尺寸(cun)等有關(guān)。
3. 渦街流(liú)量計的(de)安裝方(fang)式
   在工(gōng)程實際(ji)應用中(zhōng)，渦街流(liu)量計通(tōng)常有如(ru)圖2所示(shì)的幾種(zhǒng)✊安🐇裝❌方(fāng)式[10]，其中(zhong)（a）、（b）、（c）三種方(fang)式都屬(shǔ)于水平(píng)安裝；（d）則(ze)爲渦街(jie)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量計(jì)的垂直(zhí)安裝。對(duì)不同的(de)流體應(yīng)采用不(bu)同的安(an)裝☂️方式(shì)。普通液(yè)體、氣體(ti)、含🐇水量(liang)液體的(de)氣體、低(dī)溫氣體(tǐ)和液體(ti)、含微量(liàng)固體顆(ke)粒的液(yè)體和氣(qi)體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方(fang)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(zhēng)汽可采(cǎi)用（a）、（c）、（d）方式(shi)安裝；液(ye)🈲－氣（含微(wēi)量氣體(tǐ)）、液－固（含(han)微‼️量固(gu)體）和液(yè)－液兩項(xiàng)流中，如(rú)㊙️果氣、固(gù)相不超(chao)出可測(ce)量範圍(wei)，建議首(shǒu)先采用(yòng)（d）方式安(an)裝。

4. 實驗及(ji)結果讨(tao)論
4.1 實驗(yan)裝置與(yu)過程
   實(shí)驗裝置(zhì)結構如(rú)圖3所示(shì)，水穩壓(ya)罐爲管(guan)路提供(gong)恒定的(de)水✉️壓，使(shi)實驗時(shí)流量穩(wen)定，水流(liú)量的大(dà)小由調(diào)節閥💚來(lái)調節，流(liú)量範圍(wei)爲2～20 m3/h。電磁(ci)流量計(jì)作爲标(biāo)準流量(liàng)表給出(chu)進入實(shí)驗段的(de)水的标(biao)準流量(liang)值，精度(dù)爲🚩0.5％。渦街(jiē)流量計(ji)分别按(an)照水平(ping)和垂直(zhí)兩種方(fang)式安裝(zhuang)在實驗(yan)管路中(zhong)，它們都(dōu)具有足(zu)夠長的(de)前、後直(zhi)管段長(zhǎng)度，并且(qie)其它💔安(ān)裝條件(jian)都嚴格(ge)按照規(gui)定的♍要(yào)求。渦街(jie)流量計(ji)的信号(hào)通過示(shì)波器采(cǎi)集，采樣(yàng)頻率選(xuan)用1000 Hz，每組(zǔ)數據包(bāo)含2500點。

4. 2 實(shi)驗結果(guo)與分析(xī)
   分别對(duì)在水平(píng)和垂直(zhí)兩種安(ān)裝方式(shi)時測得(dé)的渦街(jiē)😍信号進(jìn)行快速(su)傅裏葉(yè)變換（FFT），可(kě)以得到(dao)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(xì)。從圖中(zhōng)可以看(kan)出，兩者(zhe)之間的(de)差别很(hen)小。再分(fèn)👉别對測(cè)得的渦(wō)街率與(yǔ)流量做(zuo)零截距(ju)最小二(er)乘拟合(hé)👈，得到水(shui)平✨、垂直(zhi)安裝的(de)渦街流(liú)量計儀(yi)表系數(shu)分别爲(wei)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對(duì)✔️誤差小(xiao)于0.02%。可🔱見(jian)🏃，在安裝(zhuāng)方式對(dui)渦街流(liú)量計的(de)測量影(yǐng)響很小(xiǎo)，可以忽(hu)略。

   爲(wèi)了進一(yi)步研究(jiu)渦街流(liu)量計安(ān)裝方式(shi)的影響(xiǎng)，本文⁉️還(hái)比較了(le)在水平(píng)和垂直(zhi)兩種方(fāng)式下的(de)渦街信(xin)号的幅(fú)度。圖5給(gei)🔞出了渦(wo)街信号(hào)幅度與(yu)流量之(zhi)間的關(guan)系，可以(yi)看出💜信(xin)号幅度(dù)都與👣流(liú)量成近(jin)似二次(ci)方♈關系(xi)，在相🈚同(tong)流量下(xià)，信号幅(fu)度❄️基本(běn)上相等(děng)，這說明(ming)㊙️渦街流(liú)量計安(an)裝方式(shi)對其信(xìn)号幅度(dù)影響很(hen)小，也❓即(ji)旋渦的(de)能♍量（正(zhèng)比于幅(fu)度的🌍平(ping)方）幾乎(hū)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(píng)安裝時(shí)的信号(hao)幅度略(lue)大于垂(chuí)直安裝(zhuāng)的情況(kuàng)，這裏可(kě)定性地(di)理解爲(wei)，當渦街(jie)流量計(jì)垂直安(an)裝時部(bù)分旋渦(wō)能🥰量因(yin)爲克服(fu)重力而(er)耗散，使(shǐ)得渦街(jie)流量計(ji)傳感器(qì)感測到(dao)的渦街(jiē)能量變(bian)少，從而(er)造成信(xìn)号幅度(dù)減小。

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