摘要:F雙鈍(dun)體旋渦脫離(lí)的流體動力(lì)學特性以及(ji)利用雙鈍體(ti)增強流體振(zhen)動的最佳組(zǔ)合結構。給出(chu)了多種鈍體(ti)組合結構的(de)斯特勞哈爾(er)數的試驗結(jié)果🚶，表明雙鈍(dun)體結構具有(you)👈常定的👉斯特(te)勞哈爾數。用(yòng)50mm口徑渦街流(liu)量計 進行的(de)試驗證明，雙(shuang)鈍體組合在(zai)一定的條件(jian)下能獲得📧理(lǐ)想的旋渦重(zhòng)疊，從而增強(qiang)流體的振動(dòng)。在鈍體的軸(zhóu)對稱點上，還(hai)🔴觀察到強度(du)和頻率相同(tong)，相位相差180°的(de)流體振動點(diǎn)，利👄用優化🛀🏻的(de)雙鈍體結構(gou)和差🔞動傳感(gan)技術，研制出(chu)小流量靈🙇🏻敏(mǐn)度和抗幹擾(rǎo)性能很好的(de)新型旋渦流(liú)量計。
0前言
　　斯(sī)特勞哈爾和(he)馮·卡門對鈍(dun)體繞流所做(zuò)的開拓性研(yan)究👄揭示了旋(xuan)渦脫離的基(jī)本特征和規(guī)律，即:當流♈體(ti)流經鈍體時(shi)，尾流中将形(xing)成旋渦流型(xíng)，旋渦從鈍體(ti)兩側交替地(di)㊙️脫離，并在---個(ge)較寬的雷諾(nuò)數範圍内，有(yǒu)常定的量綱(gang)一的脫落頻(pín)率🚶‍♀️，即斯特勞(láo)哈爾爲常🌈數(shù)。這表明旋渦(wō)脫落的頻率(lü)與平均流速(su)成正比。
Roshkol21的研(yán)究給出了更(geng)爲明确的結(jié)果，即在雷諾(nuò)數處于300<Re<2X105的🐕範(fan)🐇圍💃内時，斯特(tè)勞哈爾數保(bǎo)持在0.2左右，他(ta)還首次提出(chu)了利用斯特(tè)勞哈爾數的(de)常定範圍來(lái)制造流量計(ji)的設想。20世紀(ji)70年代初，商品(pin)化的渦街流(liú)量計在日本(ben)出現。近30年的(de)工業應用證(zhèng)🙇🏻明了渦街流(liu)量計在穩定(ding)流體計量中(zhong)的可靠🔞性和(hé)精确性，它的(de)主要優點還(hai)包括精✨度高(gao)、線性度好、介(jiè)質适應性寬(kuan)和😍性能可靠(kào)(無運動部件(jiàn))3]。然而，渦街流(liú)量計🐆存在的(de)流量下限高(gāo)和抗幹擾性(xing)能差等問題(tí)，使它喪失🈲了(le)許多潛在的(de)應用領域，如(ru):量大面廣的(de)🔞天然氣商業(ye)計量以💞及流(liu)速和壓力不(bú)穩定的測量(liang)系統。
爲了将(jiang)渦街流量計(ji)應用于不穩(wěn)定流體的計(jì)量，本文利🔴用(yong)鈍體組合強(qiáng)化旋渦脫落(luo)誘發流體振(zhèn)動的理論研(yán)究基礎💘上，設(shè)計出雙鈍體(ti)渦街流量計(ji) 試驗樣機:通(tong)過試驗獲得(dé)了雙鈍體的(de)最優組合結(jié)構✉️及♈參數;分(fèn)🌈析了鈍體組(zǔ)合對斯特勞(láo)哈爾數的影(ying)響;同時在後(hou)鈍體的軸對(duì)稱點上，還觀(guān)察到強度和(he)頻率相同，相(xiàng)位🔞相差180°的流(liu)體振動點，這(zhè)些研究結果(guo)爲研制具有(yǒu)良好抗幹擾(rǎo)性能和小流(liu)量靈敏度的(de)🔞雙鈍體差動(dòng)式渦街流量(liang)計提供了依(yi)據。
1雙鈍體渦(wo)街流量計的(de)原理
雙鈍體(tǐ)渦街流量計(ji)的基本設計(ji)思路是利用(yong)前鈍體和後(hou)鈍體📧引發的(de)旋渦脫離現(xiàn)象，通過試驗(yàn)獲得使旋渦(wo)在後鈍體周(zhōu)圍實現同相(xiàng)位疊加的最(zuì)佳鈍體組合(hé)，使流體振動(dòng)得到加強，降(jiang)低計🐆量的下(xià)限，同時利用(yòng)鈍體兩側的(de)流體振動具(ju)有180°相位差的(de)特點，用差動(dòng)式傳感器抑(yì)制共🍉模幹擾(rao)信号❄️的方法(fǎ)，提高✏️流量計(jì)的抗幹🔞擾性(xing)能，圖1所示爲(wei)雙鈍體渦街(jie)流量計的原(yuán)理。
 
2試驗裝置(zhì)
圖2所示爲試(shi)驗裝置及測(ce)試系統原理(lǐ)。
 
試驗裝置爲(wei)氣體流量試(shi)驗系統，它由(you)5個部分組成(chéng)。I一流場波💞動(dong)模拟裝置，用(yong)于實驗室條(tiao)件下模拟流(liu)場波動;II一試(shi)驗表體;II一标(biāo)準流量校正(zheng)裝置，本試驗(yan)台采用臨界(jie)流文丘利噴(pen)嘴流量計作(zuò)爲校準其他(tā)儀表的基準(zhǔn);IV一負壓産生(sheng)裝置，本試驗(yàn)台通過真空(kong)泵産生負壓(yā)，使試驗台的(de)入口和出口(kǒu)之間産生一(yi)個壓差，這樣(yàng)就形成一個(gè)小型風洞。真(zhen)空泵電動機(jī)額定功率爲(wei)11kW,額定‼️轉速爲(wèi)1450r/min;V一計算機測(cè)試系統，主要(yào)由電荷放大(da)器、DAC-TRON公司Photo便攜(xie)式動态信号(hào)分析儀(該分(fèn)🌏析儀的主要(yao)特性和性能(neng)指标⭐:4個輸入(ru)通道，一個輸(shū)🈲出通道;120MHzTMS320VC33DSP，21kHz處理(lǐ)率;32位浮點DSP;ICP傳(chuán)感器供電;USB接(jiē)口，支持熱插(cha)拔;質量小于(yu)👈200g，抗振動外殼(ké))及計算機所(suo)組成。
試驗台(tái)的臨界流文(wén)丘利噴嘴測(ce)定裝置由5個(gè)标準👅的不同(tóng)噴嘴流:量計(jì)組成，通過不(bu)同的組合方(fāng)式可得到5.5--220.5m³/h之(zhī)間的流量。試(shi)驗的管道内(nei)徑50mm。
3試驗結果(guo)
試驗分爲兩(liǎng)個部分，1一雙(shuang)鈍體組合渦(wō)街振動頻率(lǜ)✔️試驗;2一🔴雙✊鈍(dun)🙇🏻體組合方式(shì)對渦街強度(dù)的影響。試驗(yan)傳感📱器如圖(tu)1所示對稱于(yú)後鈍體安裝(zhuang)。試驗表體直(zhi)徑爲50mm。
 
典型的(de)渦街脈動信(xìn)号如圖3所示(shi)。從信号的時(shi)域信号可以(yǐ)看出。對稱于(yu)後鈍體兩側(ce)渦街的脈動(dòng)是反相的，并(bing)有明顯的周(zhou)期性，其功率(lü)譜的頻率分(fèn)布很廣并有(you)一個明顯的(de)峰值，該峰值(zhi)處頻率和時(shi)域信🏃‍♀️号的主(zhu)波動是頻率(lü)是相同的。定(ding)義功率譜中(zhong)該峰🈲值處的(de)頻率🚩爲渦街(jie)的主✍️頻。下面(miàn)所讨論的渦(wō)街頻💋率指的(de)就是渦⛷️街的(de)主頻。
3.1雙鈍體(ti)組合渦街振(zhèn)動頻率試驗(yan)研究
對于單(dān)鈍體渦街，在(zai)臨界雷諾數(shu)之上斯特勞(láo)哈爾🈲數是恒(héng)定的，這是單(dan)鈍體渦街流(liú)量計的測量(liang)基礎。雙鈍體(tǐ)渦街是♍否存(cún)在同樣的規(gui)律是雙鈍體(tǐ)渦街流量計(jì)的關鍵。本部(bu)分的試驗研(yán)究是爲尋找(zhǎo)當旋渦發生(shēng)體是兩個三(san)角形時渦街(jiē)的斯特勞哈(ha)爾數🌍是否發(fa)生變化。本部(bu)分的另一個(ge)目的是研究(jiū)鈍體的平行(háng)組合🈲對渦街(jiē)斯特勞哈爾(er)數的影響。
試(shi)驗所用雙鈍(dun)體組合圖1所(suǒ)示，圖中的前(qián)後.鈍體的🔞互(hù)相平行👄的，鈍(dun)體的組合方(fang)式是指兩個(ge)鈍體之間的(de)距離不同情(qing)況的組合🔱。
試(shì)驗的設計是(shi)對相同的鈍(dùn)體組合在不(bú)同的流量情(qíng)況下進✊行✌️試(shi)驗。以得到不(bú)同組合下不(bu)同流量的測(ce)量數據。試驗(yàn)🏃🏻‍♂️的采🐉用數據(jù)如表所示。
流(liú)量的選取不(bú)少于5個點，并(bìng)通過流量不(bu)完全相同❤️的(de)選取來💁達到(dào)覆蓋較多流(liú)量範圍的目(mu)的。圖4a爲試驗(yan)所得的各組(zǔ)🌍雙鈍體和㊙️單(dān)鈍體斯特勞(lao)哈爾數;圖4b是(shì)流量和渦街(jiē)🎯頻率的關系(xì)曲線:圖4c爲各(ge)組雙鈍體和(he)單鈍體斯特(tè)勞哈爾數标(biao)準偏差曲線(xian)。
從圖4a和圖4b中(zhōng)可以得出如(ru)下結論。
雙鈍(dùn)體的斯特勞(lao)哈爾數比單(dān)鈍體斯特勞(láo)哈爾數大，不(bú)同組㊙️合雙鈍(dùn)體的斯特勞(lao)哈爾數是不(bú)相同.的。不同(tong)的雙鈍體組(zǔ)合⛱️的斯特勞(lao)哈爾數的波(bō)動不相
同的(de)，其斯特勞哈(hā)爾數的标準(zhun)偏差如圖4c所(suǒ)示。從圖♊4c中🐉可(kě)🈲以知道，雙鈍(dun)體的斯特勞(láo)哈爾數波動(dong)是比較✔️大的(de)，在L=50~46mm之間偏差(chà)與單鈍體偏(piān)差相當。
由4b圖(tu)，該曲線的線(xiàn)性度與斯特(tè)勞哈爾數标(biao)準偏差相對(duì)應，當✂️L=50~46mm時🔅雙鈍(dùn)體流量--頻率(lǜ)曲線的線性(xing)度較好。
綜上(shàng)所述，對于雙(shuāng)鈍體渦街流(liu)量計從測量(liàng)的線性範圍(wéi)角度考🙇‍♀️慮應(ying)選擇L=50~46mm之間的(de)組合方式。
 
3.2雙(shuāng)鈍體組合方(fang)式對渦街強(qiáng)度的影響
上(shàng)面得出雙鈍(dun)體流量計最(zui)佳線性範圍(wei)條件。流量計(ji)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的✔️另-一個♊重(zhong)要的問題是(shi)渦街強度，其(qí)直接影響測(ce):量信号的信(xìn)噪比💃🏻。其對降(jiang)低量程下限(xian)有重要的意(yì)義。
爲研究雙(shuāng)鈍體組合對(duì)渦街強度的(de)影響。設計了(le)如下試📱驗。試(shì)驗🏃‍♂️裝置如圖(tú)1所示;通過改(gǎi)變距離L對鈍(dun)體🔅進行組合(hé)并對該組鈍(dun)體💃在不同流(liú)量下進行試(shì)驗。試驗所🏃使(shǐ)用的流量是(shì)220.5m3/h,178.3m'/h,111.7m3/h,66.6m3/h等4組。使用的(de)鈍體組合有(yǒu)L=60mm,55mm，54mm，51mm，49mm,47mm,45mm,43mm,41mm,39mm,37mm,35mm，33mm,32mm，29mm等15個組合。
進(jìn)行強度比較(jiao)之前，需要對(dui)渦街的信号(hào)特點進行🈲分(fèn)析并定💘出可(ke)以度量強度(du)的量。如圖3渦(wo)街信号是周(zhou)期性的但其(qi)❗波動的幅值(zhi)不等，故渦街(jiē)的強度需要(yao)從統計.上進(jin)行比較。試驗(yàn)中👄制定的渦(wo)街強度的統(tong)計量爲.
 
這裏(li)`y表示的是脈(mo)動壓力信号(hào)平均的波動(dong)幅值，通過換(huàn)算可得到渦(wo)街的平均脈(mo)動強度。以後(hou)的所有有關(guan)強度比較都(dōu)是以`y爲的度(du)量。
圖5a是試驗(yàn)得到渦街的(de)程度在不同(tong)組合在不同(tong)流量下👌的比(bi)較曲線，圖上(shàng)的P0是通過`y換(huàn)算而.來的，可(ke)以認爲是渦(wō)街的☂️平均脈(mo)動❌強度。
圖5b是(shi)不同流量下(xia)的渦街平均(jun)脈動強度最(zui)大的放大倍(bèi)數，這時定義(yì)
 
從不同組合(hé)在不同流量(liang)渦街強度比(bǐ)較曲線可以(yǐ)得到以下結(jie)論:
雙鈍體對(duì)渦街的強度(du)有加強的作(zuo)用。在不同的(de)流量下雙鈍(dun)🆚體對渦街的(de)加強程度是(shi)不一樣的如(ru)圖6a所示。從qv---β可(ke)以知道在不(bu)同流量下渦(wo)街平均強度(dù)最大的放大(da)倍數🏃是不相(xiàng)同的，β在qv=130m3/h時達(dá)到最大。
P0随L非(fei)線性變化，在(zai)L=45~54mm之間P0梯度很(hěn)小，即在該區(qū)域内L的變化(hua)對渦🈲街🌈強度(du)的影響不顯(xian)著。
渦街的強(qiáng)度有一個峰(fēng)值區域。當偏(pian)離這個區域(yu)後💁渦街💞的強(qiang)度發生明顯(xiǎn)的衰減。該峰(fēng)值區域與較(jiào)小🔴P0梯度區域(yù)重合。
相同流(liu)量下，雙鈍體(tǐ)渦街強度始(shi)終比單鈍體(ti)渦街大。在流(liú)量不變情況(kuang)下，當雙鈍體(ti)渦街強度接(jiē)近單鈍體♌渦(wo)街強度時，微(wei)♍小的L變化會(hui)導緻雙鈍體(ti)卡門渦街現(xian)象的消失，即(jí)存在一個産(chan)生雙鈍體卡(kǎ)門渦🔞街的臨(lin)界距離Le，且Le與(yǔ)🏃🏻流量有關，在(zài)Le處雙鈍體渦(wo)街強度和單(dan)鈍體渦街強(qiang)度相等。當L<Le該(gai)流量下雙鈍(dun)體卡]渦街現(xiàn)象将消失。但(dàn)Le是否與尺度(du)相關需要進(jin)💋一-步的研究(jiū)。同樣随L不斷(duàn)增長是否也(yě)存在一個臨(lin)界距離也需(xū)要進一步研(yan)究。
 
4結論
通過(guò)上述的試驗(yàn)研究，可以得(de)出以下的結(jie)論:用雙鈍體(ti)誘♈發卡門渦(wō)街可以增強(qiáng)渦街的脈動(dong)平均強❄️度，有(you)利于提高測(ce)量的信噪比(bǐ)，降低渦街流(liu)量計的測量(liang)下限。最大強(qiang)度鈍體的組(zǔ)合L=45~-54mm。
通過适當(dāng)的選擇鈍體(ti)的組合，雙鈍(dùn)體渦街流量(liàng)計的♋精⁉️度和(he)單鈍體渦街(jiē)流量計是相(xiang)當的。最佳線(xiàn)性度鈍體組(zǔ)合爲L=46~50mm。
綜上述(shù)，通過兩個三(sān)角型鈍體組(zǔ)合可以得到(dao)與單鈍體🌂渦(wo)街流量計測(ce)量精度相當(dang)但信号信噪(zào)比高、測量下(xià)限較低的雙(shuāng)🌈鈍體渦街流(liu)量計。雙鈍體(tǐ)的最佳組合(he)方法是L=45~50mm之間(jiān)。

本文來源于(yú)網絡,如有侵(qīn)權聯系即删(shan)除！