1.引言(yán)
   渦街流量計 （或(huo)稱 旋渦流量計(ji) ）是一種基于流(liu)體振蕩原理的(de)新型速度式流(liú)量儀表。它的輸(shū)出信号是與流(liu)量成正比的脈(mò)沖頻率信号或(huò)标準電流信号(hào)，可遠距離傳輸(shū)，并且輸出信号(hao)僅與流🔞量有關(guan)，不受流體的溫(wēn)🏃🏻度、壓力、成分、粘(zhan)度和密度的影(yǐng)👣響。它具有量程(cheng)比寬，結構簡單(dan)，無運動件，檢測(ce)元件不⚽接觸被(bèi)測流體，具有測(ce)量精度好、應用(yòng)✊範圍廣、使用壽(shòu)命長等特點。因(yin)📞此，渦街流量計(jì)自20世紀60年代末(mò)誕生以來，發展(zhan)異常迅速，許多(duō)研究者進行✉️了(le)大量的工作，開(kāi)發出了衆多類(lei)型🚶的渦街流量(liang)計，并大量生産(chǎn)投放市場，像這(zhe)💋樣在短短幾年(nián)時間内就達到(dào)從實驗室樣機(jī)到批量生産過(guò)程的流量❄️計還(hái)是僅有的。
   然而(ér)，在經曆了20世紀(jì)80～90年代的“渦街熱(rè)”以後，渦街流量(liàng)計的發⛷️展放慢(màn)了步伐。由于對(dui)這種新型儀表(biao)的生🎯産、設計、選(xuan)✊型和應用方面(mian)的經驗不足，面(miàn)對各行各業千(qiān)差萬别的現場(chǎng)和測量對象，有(you)些問題逐步暴(bào)露出來，如安裝(zhuāng)條件和方式對(duì)測量的影響等(děng)。對于安裝條件(jiàn)（即各種使用條(tiao)件下所必須的(de)直管段長🏃🏻‍♂️度）的(de)要求，不同儀表(biao)廠家都會🐇給出(chu)一個比較合理(lǐ)的建議值❗。但是(shi)，對于安裝方式(shì)（即 流量計 水平(píng)安裝或垂直安(an)裝）給渦街流量(liang)計造成的影響(xiǎng)，一般🔞都沒🙇‍♀️有涉(shè)及。本文通過相(xiang)同條件下的實(shi)驗研🏃‍♀️究，定量地(dì)🐇讨論和比♉較了(le)水平、垂直兩種(zhǒng)安裝方式對渦(wō)街流量計測量(liang)的影響。
2．渦街流(liu)量計測量原理(li)
   在流體中垂直(zhi)于流向插入一(yī)根非流線型柱(zhù)狀物體（即旋渦(wo)發生體），當流速(sù)大于一定值時(shi)，在柱狀物兩側(cè)将産生兩排旋(xuan)轉方向相反、交(jiao)替出現的非對(duì)🌈稱的旋渦列（即(jí)卡門渦街），如圖(tu)1所示，通🍉過檢測(cè)渦街産生的頻(pín)⛱️率，根據有關的(de)關系式得到流(liu)體的流量。

設旋(xuan)渦的發生頻率(lü)爲f，被測介質來(lai)流的平均速度(dù)爲u，旋渦發生體(tǐ)迎面寬度爲d，管(guan)道内徑爲D，根據(ju)卡門渦街原理(li)，有如下關系式(shi)：

式中u1爲旋渦發(fa)生體兩側的平(píng)均流速，m/s；St爲斯特(te)勞哈爾數🛀🏻，量👣綱(gang)爲1；m爲旋渦發生(shēng)體兩側弓形面(miàn)積與管道♊橫截(jie)面面積之比，量(liang)綱爲1。
管道内流(liú)體的體積流量(liang)qv爲：
式中K爲渦街(jiē)流量計的儀表(biǎo)系數，Hz/(m3/h)。
式（3）就是渦(wo)街流量計測量(liang)的基本關系式(shi)，其中K除與旋渦(wo)💰發生💜體☔、管道的(de)幾何尺寸有關(guān)外，還與斯特勞(láo)哈爾數有🤞關。斯(si)特勞哈爾數爲(wèi)無量綱參數，它(tā)與旋渦發生體(ti)形狀及雷諾數(shu)有關，在ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nei)，St可視爲常數，這(zhe)是儀💁表正常工(gōng)作範圍。同時可(ke)以看到，渦街流(liú)量計輸出的脈(mò)沖頻率信号不(bú)受流體物性和(hé)組分✨變化的影(yǐng)響，即♊儀表系數(shù)在一定雷諾數(shu)範圍内僅📱與旋(xuán)渦發生體及管(guan)道的形狀尺寸(cùn)等有關。
3. 渦街流(liu)量計的安裝方(fang)式
   在工程實際(jì)應用中，渦街流(liu)量計通常有如(rú)圖2所示的幾種(zhǒng)🏃‍♂️安裝方式[10]，其中(zhong)（a）、（b）、（c）三種方式都屬(shu)于水平安裝；（d）則(zé)爲渦街流量計(ji)的垂直安裝。對(duì)不同的流體應(ying)采用不同的安(ān)裝方式。普通液(yè)體、氣體、含🐉水量(liàng)液體的氣體、低(dī)溫氣體和液體(tǐ)、含微量固體顆(kē)粒的液體和氣(qi)體等可采用（a）、（c）、（d）方(fāng)式安裝；高溫液(yè)體、高溫氣體、蒸(zhēng)汽♻️可采用（b）、（c）、（d）方式(shi)♍安裝；濕飽和蒸(zheng)汽可采用（a）、（c）、（d）方式(shi)安裝；液－氣（含微(wēi)量氣體）、液－固（含(hán)微量固體）和液(ye)－液兩項流中，如(ru)果氣、固相不超(chāo)出可測量範圍(wei)，建議首先采用(yòng)（d）方式安裝。

4. 實驗及結果讨(tao)論
4.1 實驗裝置與(yu)過程
   實驗裝置(zhi)結構如圖3所示(shì)，水穩壓罐爲管(guǎn)路提供恒定的(de)水壓♈，使實驗時(shi)流量穩定，水流(liú)量的大小由調(diao)節閥來調節，流(liú)量範圍爲2～20 m3/h。電磁(cí)流量計作爲标(biao)準流量表給出(chu)進入實驗段的(de)水的标準流量(liang)值，精度爲0.5％。渦街(jie)流量計分别按(àn)照水平和垂直(zhi)兩種方式安裝(zhuang)在實驗管路中(zhong)，它們都具有足(zu)夠長的🛀前、後直(zhi)管段長度，并且(qie)其它安裝條件(jiàn)都嚴格按照規(guī)定的要求。渦街(jiē)流量計的信🙇🏻号(hào)通過示波器采(cai)集，采樣頻率選(xuǎn)⭐用1000 Hz，每組數據包(bao)含2500點㊙️。

4. 2 實驗結果(guǒ)與分析
   分别對(duì)在水平和垂直(zhí)兩種安裝方式(shì)時測得的渦街(jie)信号✨進👄行快速(su)傅裏葉變換（FFT），可(kě)以得到渦街頻(pin)率值，圖4給出了(le)渦街頻率與流(liú)量之間的關系(xi)。從圖中可以看(kàn)出，兩者之間的(de)㊙️差别很小。再分(fèn)别對測得的渦(wō)街率與流量做(zuò)零🈚截距最小二(èr)乘拟合，得到水(shuǐ)平、垂直安裝的(de)渦街流量計儀(yí)表系數分别爲(wèi)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對誤差小(xiao)于0.02%。可見⁉️，在安裝(zhuang)方式對渦街流(liu)量計的測量影(yǐng)響很小，可以忽(hū)🐆略。

   爲(wèi)了進一步研究(jiū)渦街流量計安(an)裝方式的影響(xiang)，本文還比較了(le)在水平和垂直(zhi)兩種方式下的(de)渦街信号的幅(fu)度。圖5給出了🍉渦(wo)街信号幅度與(yu)流量之間的關(guan)系，可以看出信(xìn)号幅度都與流(liu)量成😄近似二次(cì)方關系，在相同(tong)流量下，信号幅(fú)度基本上相等(deng)，這說明渦街流(liú)量計安裝方式(shì)對其信号幅度(du)影響很小，也即(jí)旋渦的能量（正(zhèng)比于幅度的平(píng)方）幾乎不受🌈影(yǐng)響。但是，仔細比(bǐ)較可💃🏻以發現🔞，渦(wō)街流量⭐計水平(píng)安裝時的♉信号(hao)幅度略大于✌️垂(chuí)直安裝的情況(kuang)，這裏可定性🤩地(di)理解爲，當渦街(jiē)流量計垂直安(ān)裝時部分旋渦(wo)能量因爲克服(fu)重力而耗散，使(shǐ)得渦街流量計(ji)傳感器‼️感測到(dao)的渦🌈街能量變(biàn)少，從而造成信(xìn)号幅度減小。

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