1.引言
   渦街(jiē)流量計 （或(huo)稱 旋渦流(liu)量計 ）是一(yi)種基于流(liu)體振蕩原(yuan)理的新型(xíng)速度式流(liu)量儀表。它(ta)的輸❓出信(xìn)号是與流(liú)量成正比(bǐ)的脈沖頻(pin)率信号或(huò)标準電流(liú)信号，可遠(yuan)✌️距離傳輸(shu)，并且輸出(chu)信号僅與(yǔ)流量有關(guān)，不受流體(tǐ)的溫度、壓(yā)力、成分、粘(zhan)度和密度(dù)的影響。它(ta)具有量程(chéng)比寬，結構(gòu)簡單，無運(yun)動件，檢測(cè)元件不接(jie)觸被測流(liu)體，具有測(ce)量精度好(hǎo)、應用範圍(wei)廣、使用壽(shòu)命長等特(tè)點。因此，渦(wō)街流量計(ji)自20世紀60年(nián)代末誕生(shēng)以✍️來，發展(zhan)異常迅速(sù)，許多研究(jiū)者進行了(le)大量的工(gōng)作，開發出(chū)了衆多類(lei)型的🍉渦街(jie)流量計，并(bing)大量⚽生産(chan)投放市場(chang)，像這樣在(zai)短短幾年(nian)時間♈内就(jiù)達到從實(shí)驗室樣機(jī)到批量生(sheng)産過💁程的(de)流量計還(hai)是僅有的(de)。
   然而，在經(jīng)曆了20世紀(ji)80～90年代的“渦(wō)街熱”以後(hou)，渦街流量(liang)🌈計的發展(zhǎn)放慢了步(bù)伐。由于對(dui)這種新型(xíng)儀表的生(shēng)💚産、設計、選(xuǎn)型和應用(yong)方面的經(jīng)驗不足，面(mian)對各行各(gè)業千差萬(wàn)别的現場(chang)和測量對(dui)象，有些問(wen)題逐步暴(bào)🌐露出來，如(ru)安裝條件(jian)和方式對(duì)測量的影(ying)響等。對于(yú)安裝條件(jian)（即各種使(shǐ)用條件下(xia)所必須的(de)直管段長(zhǎng)度）的要求(qiú)，不同🛀儀表(biao)廠家都會(hui)給出一個(gè)比較合理(li)的建議值(zhí)。但是，對于(yú)安裝方式(shì)（即 流量計(ji) 水平安裝(zhuāng)或垂直安(an)裝）給渦街(jiē)流量計造(zào)成的影響(xiǎng)，一般都沒(mei)有涉及。本(ben)文通過相(xiàng)同條件下(xià)的實驗研(yan)究，定🌏量地(di)✌️讨論和比(bi)較了水平(ping)、垂直兩種(zhong)安裝方式(shi)對渦街🏃‍♀️流(liú)量計測量(liang)的影響。
2．渦(wō)街流量計(jì)測量原理(lǐ)
   在流體中(zhong)垂直于流(liu)向插入一(yī)根非流線(xian)型柱狀物(wu)💚體（即旋渦(wō)發生體），當(dāng)流速大于(yu)一定值時(shi)，在柱狀物(wu)兩側♋将産(chǎn)生兩排旋(xuán)轉方向相(xiàng)反、交替出(chu)現的非對(duì)稱的旋👌渦(wō)列（即卡門(mén)渦街），如圖(tú)1所示，通過(guo)檢測渦街(jie)🛀産生的頻(pín)率，根據有(you)關的關系(xì)式得到流(liú)體的流量(liàng)。

設旋渦的(de)發生頻率(lü)爲f，被測介(jie)質來流的(de)平均速度(dù)爲💔u，旋🚶渦📱發(fā)生體迎面(miàn)寬度爲d，管(guan)道内徑爲(wèi)D，根據卡門(men)渦街原理(lǐ)，有如下關(guan)系式：

式中(zhong)u1爲旋渦發(fa)生體兩側(cè)的平均流(liú)速，m/s；St爲斯特(tè)勞哈爾🧑🏾‍🤝‍🧑🏼數(shù)🤩，量綱爲1；m爲(wèi)旋渦發生(sheng)體兩側弓(gong)形面積與(yǔ)管道橫截(jie)面面積之(zhī)比，量綱爲(wèi)1。
管道内流(liú)體的體積(jī)流量qv爲：
式(shi)中K爲渦街(jiē)流量計的(de)儀表系數(shu)，Hz/(m3/h)。
式（3）就是渦(wō)街流量計(jì)測量的基(jī)本關系式(shì)，其中K除與(yǔ)旋渦發生(sheng)體、管道的(de)幾何尺寸(cùn)有關外，還(hái)與斯特勞(lao)哈爾數有(you)♍關。斯特勞(lao)哈爾🌏數爲(wèi)無量綱參(can)數，它與旋(xuán)渦發生體(ti)形狀及雷(lei)諾💰數有關(guan)，在ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nei)，St可視爲常(chang)數，這是儀(yi)表正常工(gong)作範圍。同(tóng)時可以看(kan)到，渦街流(liu)🔱量計輸出(chu)的脈沖頻(pin)率信号不(bú)受流體❗物(wù)性和組分(fen)變化的影(ying)響，即🤩儀表(biǎo)系數在一(yī)定雷諾數(shu)範圍内僅(jin)與旋渦發(fā)生體及管(guǎn)道的形狀(zhuang)尺寸等有(yǒu)關。
3. 渦街流(liu)量計的安(an)裝方式
   在(zài)工程實際(jì)應用中，渦(wō)街流量計(jì)通常有如(ru)圖2所示🈲的(de)幾種安裝(zhuāng)方式[10]，其中(zhōng)（a）、（b）、（c）三種方式(shi)都屬于水(shuǐ)平安裝；（d）則(ze)爲渦街流(liu)量計的垂(chuí)直🥵安裝。對(duì)不同的流(liu)體應采用(yong)不同的安(an)裝方式。普(pǔ)通液體、氣(qì)體、含👣水量(liàng)液體的氣(qi)體、低溫氣(qi)體和液體(ti)、含微量固(gu)體顆粒的(de)液體和氣(qi)體等可采(cǎi)🔴用（a）、（c）、（d）方式安(ān)裝；高溫液(yè)體、高溫氣(qì)體、蒸汽🔱可(ke)采用（b）、（c）、（d）方式(shi)安♈裝；濕飽(bao)和蒸汽可(ke)采用（a）、（c）、（d）方式(shì)安裝；液－氣(qì)（含微量氣(qi)體）、液－固（含(han)微量固體(tǐ)）和🔱液－液兩(liǎng)項流中，如(rú)果氣、固相(xiang)不超出🔴可(kě)測量範圍(wei)，建議首👈先(xiān)采用（d）方式(shi)安裝。

4. 實驗及結(jie)果讨論
4.1 實(shí)驗裝置與(yǔ)過程
   實驗(yan)裝置結構(gòu)如圖3所示(shi)，水穩壓罐(guan)爲管路提(tí)供恒定的(de)水壓，使實(shi)驗時流量(liàng)穩定，水流(liú)量的大小(xiǎo)由調🈲節閥(fá)來調節，流(liú)量範圍爲(wèi)🈲2～20 m3/h。電磁流量(liang)計作爲标(biao)準流量表(biao)給出進入(ru)實驗段的(de)水的标準(zhun)流♋量值，精(jīng)度爲0.5％。渦街(jie)流量計分(fèn)别按照水(shui)平和🔆垂直(zhí)兩種🚶方式(shì)安裝在實(shí)驗管路中(zhong)，它們都具(ju)💛有足夠長(zhang)的前、後直(zhi)管段🔴長度(dù)，并且其它(tā)安裝條件(jiàn)都嚴格按(àn)照規定的(de)要求。渦街(jie)流量計的(de)信号通過(guo)示波器采(cǎi)集，采樣頻(pin)率選用🌈1000 Hz，每(mei)組數據包(bāo)含2500點㊙️。

4. 2 實驗(yan)結果與分(fèn)析
   分别對(duì)在水平和(he)垂直兩種(zhong)安裝方式(shì)時測得的(de)渦街信号(hao)🌐進行快速(su)傅裏葉變(bian)換（FFT），可以得(dé)到渦街頻(pín)率值，圖4給(gei)出了渦街(jie)頻率與流(liú)量之間的(de)關系。從圖(tú)中可以看(kan)出，兩者💃🏻之(zhī)間的差别(bie)很🌐小。再分(fen)🌈别對測得(de)的渦街率(lü)與流量做(zuo)零🐕截距最(zuì)小二乘拟(nǐ)合，得到水(shuǐ)平、垂直安(ān)裝的渦街(jie)流量計儀(yí)表系數分(fèn)✉️别爲2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相(xiang)對誤差小(xiao)于0.02%。可見，在(zài)安裝方式(shì)對渦街流(liu)量計的測(ce)量🌐影響很(hen)小，可以忽(hu)略。

   爲了進(jìn)一步研究(jiu)渦街流量(liàng)計安裝方(fāng)式的影響(xiǎng)，本文還比(bi)較了😘在水(shui)平和垂直(zhí)兩種方式(shì)下的渦街(jiē)信号的🌈幅(fú)度。圖5給出(chu)了😘渦街信(xìn)号幅度與(yǔ)流量之間(jiān)的關系，可(ke)以看出信(xin)号幅度都(dou)與🏃‍♂️流量成(chéng)近似二次(ci)方🏃‍♂️關系，在(zài)相同流量(liàng)下🤞，信号幅(fú)度基本上(shang)相等，這說(shuo)明渦街流(liú)量計安裝(zhuang)方式對其(qi)信号幅度(du)影響很小(xiǎo)，也即旋渦(wo)的能🈲量（正(zhèng)比于幅度(dù)的平方）幾(ji)乎不受影(yǐng)響。但是，仔(zai)細比較可(ke)以發現，渦(wo)街流量❗計(jì)水平安裝(zhuang)時的🤟信号(hao)幅度略大(da)于垂直安(an)裝的情況(kuàng)，這🌏裏可定(ding)性地理解(jie)爲，當渦街(jie)流量計垂(chuí)直安裝時(shí)部分旋🧡渦(wo)能量因爲(wei)克服重力(lì)而耗散，使(shi)得渦街流(liú)量🆚計傳感(gan)器❌感測到(dao)的渦💚街能(néng)量變少，從(cóng)而造成信(xìn)号幅度減(jiǎn)小🔱。

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