隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)對流量測量的準(zhǔn)確性要求越來越高,尤其是氣體和氣液兩相流的質(zhì)量流量測量,已經(jīng)成為一項前沿性難題。單組分的氣體流量還有熱式質(zhì)量流量計可以應(yīng)用,而對于變組分的氣體質(zhì)量測量目前尚無成熟的流量計可以應(yīng)用。漩渦式氣體質(zhì)量流量計是在深入研究卡曼渦街原理基礎(chǔ)上而開發(fā)的。流量計的核心是傳感器和雙通道信號檢測電路。

漩渦是一種流動現(xiàn)象,在充滿流體的管道中垂直于流體流向插入一個漩渴發(fā)生體,當(dāng)流體的流量增大到一定程度時,會在漩渦發(fā)生體的下游側(cè)形成一系列的漩渦,并且漩渦發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生的漩渦是周期交替出現(xiàn)的,如圖1所示。

當(dāng)產(chǎn)生的穩(wěn)定漩渦列滿足公式h=1.3b((h是兩渦列之間的距離)時,漩渦發(fā)生的頻率f與被測流體的流速之間有以下關(guān)系:f=St*v1/b (1)式中:v為漩渦發(fā)生體兩側(cè)的平均流速;b為漩渦發(fā)生體迎流面的ZUI大寬度;St為斯特勞哈爾數(shù)(無量綱,漩渦發(fā)生體的形狀確定后,在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù))。此時,流過管道和漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流體體積流量qv為:qv=A1*b/St*f  (2)式中:A1為管道漩渦發(fā)生體兩側(cè)的流通截面積。

目前的漩渦流量計就是采用上述原理來測量流量的。伴隨著漩渦的產(chǎn)生,在漩渦發(fā)生體的周圍產(chǎn)生循環(huán)流,當(dāng)漩渦在發(fā)生體一側(cè)分離時,發(fā)生體受到的橫向變動升力FLf大小為：FLf=士CLf×0.5pv12So  (3)式中,CLf為橫向升力系數(shù);p為被測流體密度;So為漩渦發(fā)生體在流動方向上的投影面積。

(3)式除以(1)式可以消掉一個公共變量p1,得出質(zhì)量流量qm:FLf/土bSoCLf/2St*pv1=Kpv1=Kqm 

根據(jù)(4)式,當(dāng)儀表系數(shù)K為常數(shù)時,FLf和f之商就表示被測流體的質(zhì)量流量qm。而在漩渦發(fā)生體的幾何形狀確定后,b、So、CLf都是常數(shù),當(dāng)被測流體的流速大到一定程度時,St也為常數(shù),故K是一常數(shù)。這就是漩渦式質(zhì)量流量計的測量原理詳細(xì)的實驗資料表明,CLf是雷諾數(shù)Re和漩渴發(fā)生體形狀的函數(shù),如圖2所示,其中當(dāng)漩渦發(fā)生體的形狀為梯形、矩形、三角形時,橫向升力系數(shù)分別為0.92,0.62,0.80。綜上所述,如果實現(xiàn)了f和FLf的測量,并進(jìn)行除法運算,就能進(jìn)行質(zhì)量流量的測量。

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