1.引言
   渦(wo)街流量計 （或(huò)稱 旋渦流量(liàng)計 ）是一種基(ji)于流體振蕩(dàng)原理的新型(xíng)速度式流量(liang)儀表🚶‍♀️。它的輸(shu)出信号是與(yu)流量成正比(bǐ)的脈沖頻率(lü)信☔号或🌍标準(zhun)🌈電流信号，可(kě)遠距離傳輸(shū)，并且輸出信(xìn)号僅與流✂️量(liàng)有關，不受流(liú)體的溫度、壓(yā)力🤩、成分、粘度(dù)和密度的影(ying)🏃‍♂️響。它具有量(liàng)程比寬，結構(gou)簡單，無運動(dong)件，檢測元件(jiàn)不接觸被測(ce)流體，具有測(cè)量精度好、應(yīng)用🏃🏻‍♂️範圍廣、使(shǐ)用🔞壽命長等(děng)特點。因此，渦(wo)街流量計📧自(zì)20世紀60年代末(mo)誕生以來，發(fā)展異常迅速(su)，許多研究者(zhě)進行了大量(liang)的工作，開☎️發(fā)出了衆多類(lèi)型的🔞渦街流(liú)量計，并大量(liàng)生産投放市(shì)場，像這樣在(zai)短短幾年時(shí)間💔内就達到(dao)從實驗室樣(yang)機📱到批量生(shēng)産過程的流(liú)量計還是僅(jin)有的。
   然而，在(zai)經曆了20世紀(jì)80～90年代的“渦街(jiē)熱”以後，渦街(jie)流量計📞的發(fā)展㊙️放慢了步(bù)伐。由于對這(zhe)種新型儀表(biǎo)的生産、設計(jì)、選型和應用(yong)方面💛的經驗(yàn)不足，面對各(ge)行各業千差(chà)萬别的現場(chǎng)和測量對象(xiang)，有些😄問題逐(zhu)步暴露出來(lái)，如安裝條件(jiàn)和方式對測(cè)量的影響等(děng)。對于🛀🏻安裝條(tiáo)件（即各種使(shǐ)用條件下所(suo)必須的直管(guan)段長度）的要(yao)求，不同儀表(biao)廠家都會給(gěi)出一個比較(jiào)🔆合理的建議(yì)值✌️。但是，對于(yu)安裝方式（即(ji) 流量計 水平(píng)安裝或垂直(zhi)安裝）給渦街(jiē)流量計造成(chéng)的影響，一✂️般(bān)都🈲沒有涉及(ji)。本文通過相(xiang)同條件下的(de)實驗研究，定(ding)量地讨論和(hé)比較了🛀🏻水平(ping)、垂直兩種安(ān)裝方式📐對渦(wō)街流量計測(cè)量的㊙️影響。
2．渦(wo)街流量計測(ce)量原理
   在流(liu)體中垂直于(yu)流向插入一(yī)根非流線型(xíng)柱狀物體（即(jí)❗旋🌈渦發生體(tǐ)），當流速大于(yú)一定值時，在(zài)柱狀物兩側(ce)将産生兩排(pái)旋轉方♌向相(xiàng)反、交替出現(xiàn)的非對稱的(de)旋渦列（即卡(ka)門渦街），如圖(tu)1所示，通過檢(jiǎn)測渦街産生(sheng)的頻率，根據(jù)有關的關系(xì)式得到流體(ti)的流量🌐。

設旋渦的發(fa)生頻率爲f，被(bei)測介質來流(liu)的平均速度(dù)爲❓u，旋渦發生(sheng)體迎面寬度(du)爲d，管道内徑(jing)爲D，根據卡門(mén)渦街原理，有(yǒu)如下關系式(shi)👈：

式中u1爲旋渦(wō)發生體兩側(ce)的平均流速(sù)，m/s；St爲斯特勞哈(hā)爾數，量綱♻️爲(wei)1；m爲旋渦發生(sheng)體兩側弓形(xíng)面積與管道(dao)⚽橫截面面積(jī)之比，量綱爲(wèi)1。
管道内流體(ti)的體積流量(liàng)qv爲：
式中K爲渦(wo)街流量計的(de)儀表系數，Hz/(m3/h)。
式(shi)（3）就是渦街流(liu)量計測量的(de)基本關系式(shì)，其中K除與旋(xuán)渦發生體、管(guǎn)道的幾何尺(chǐ)寸有關外，還(hái)與斯特勞🈚哈(ha)爾數有關。斯(si)特勞哈爾數(shù)爲無量綱參(cān)數，它與旋💯渦(wō)發生體形狀(zhuang)及雷諾數有(yǒu)關，在ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nei)，St可視爲常數(shù)，這是儀表正(zhèng)常工作範圍(wei)。同時可以看(kàn)到，渦街流量(liàng)計輸出的脈(mò)沖頻率信🐉号(hao)不受流體🧑🏽‍🤝‍🧑🏻物(wu)性和組分㊙️變(bian)化的影響，即(jí)儀表系數在(zài)一定雷諾數(shu)範圍内僅⁉️與(yu)旋渦發🏃🏻‍♂️生體(tǐ)及管道的形(xíng)狀尺寸等有(you)關。
3. 渦街流量(liàng)計的安裝方(fāng)式
   在工程實(shi)際應用中，渦(wō)街流量計通(tōng)常有如圖2所(suo)示的幾種安(ān)裝方式[10]，其中(zhong)（a）、（b）、（c）三種方式都(dōu)屬于水平安(an)裝；（d）則爲渦街(jie)流量計的垂(chui)直安裝。對不(bú)同的流體應(yīng)采用不同的(de)安裝方式。普(pu)通液體、氣體(tǐ)、含🔆水量液體(tǐ)的氣體、低溫(wen)氣體和液體(tǐ)、含微量固體(ti)顆粒的液體(ti)和氣體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方式安(ān)裝；高溫液體(ti)、高🔴溫氣體、蒸(zhēng)汽可采用（b）、（c）、（d）方(fāng)式安裝；濕飽(bǎo)和蒸汽💚可采(cai)用（a）、（c）、（d）方式安裝(zhuāng)；液－氣（含微量(liang)氣體）、液－固（含(han)微量固體）和(he)☂️液－液兩項流(liú)中，如果氣、固(gu)相不超出可(ke)測量範圍，建(jiàn)議首✔️先采用(yòng)（d）方❓式安裝。

4. 實驗(yàn)及結果讨論(lun)
4.1 實驗裝置與(yǔ)過程
   實驗裝(zhuang)置結構如圖(tu)3所示，水穩壓(ya)罐爲管路提(ti)供恒定的水(shuǐ)壓，使實驗時(shi)流量穩定，水(shuǐ)流量的大小(xiao)由調🐕節閥來(lai)調節，流量範(fàn)圍爲2～20 m3/h。電磁流(liu)量計作爲标(biao)準流🌈量表給(gei)出進入實驗(yàn)段的水的标(biao)準流量值，精(jing)度爲0.5％。渦街流(liu)量計分别按(àn)照水平和垂(chuí)直兩種方式(shi)安裝在實驗(yàn)管路中，它們(men)都具有足夠(gòu)長的前、後直(zhí)管段㊙️長度，并(bìng)且其它安裝(zhuāng)條件都嚴格(ge)按照規定的(de)要求。渦街流(liú)量計的信号(hào)通過示波器(qì)采集，采樣頻(pin)率選🐆用1000 Hz，每組(zǔ)數據包含2500點(diǎn)。

4. 2 實驗結果與(yu)分析
   分别對(dui)在水平和垂(chuí)直兩種安裝(zhuang)方式時測得(dé)的渦街信号(hào)進行快速傅(fù)裏葉變換（FFT），可(kě)以得到渦街(jie)頻率值，圖📱4給(gei)出了渦街頻(pín)率與流量之(zhī)間的關系。從(cóng)圖中可以看(kan)出，兩者之間(jian)的差别很小(xiǎo)。再分别對測(cè)得的渦街率(lü)與流量做零(ling)截距最小♈二(èr)乘拟合，得到(dào)水平😘、垂直安(an)裝的渦街流(liú)量計儀表系(xi)數分别爲2.5202 Hz/(m3/h)和(he)2.5198 Hz/(m3/h)，相對誤差小(xiao)于0.02%。可見，在安(an)裝方式對渦(wō)街流量計的(de)測量影響很(hěn)小，可以忽略(lue)。

   爲了進一步(bu)研究渦街流(liú)量計安裝方(fang)式的影響，本(ben)文📞還比較了(le)在水平和垂(chuí)直兩種方式(shi)下的渦街信(xin)号的幅度👅。圖(tu)5給🧑🏾‍🤝‍🧑🏼出了渦街(jiē)🛀🏻信号幅度與(yǔ)流量之間的(de)關系，可以看(kàn)出信号幅度(du)都與流量成(cheng)🌏近似二次方(fāng)關系，在相同(tóng)流量下，信号(hào)幅度✉️基本上(shang)相等，這說明(ming)渦街流量計(jì)安裝方式對(dui)其信号幅度(du)🔞影響很小，也(ye)即旋渦的能(néng)量（正比于幅(fú)度的平方）幾(jǐ)乎不受影響(xiang)。但是，仔細🔴比(bǐ)較可以發現(xian)，渦街流量計(jì)水平安裝時(shi)⛱️的信号幅度(dù)略大于垂直(zhi)安裝的情況(kuàng)，這裏可定性(xìng)🏒地理解爲，當(dang)渦街流量計(ji)垂直安裝時(shí)部分旋渦能(néng)📧量因爲克服(fu)重力而耗散(san)，使得渦街流(liu)量計傳感器(qì)❌感測到的渦(wo)街能量變少(shǎo)🔞，從而造成信(xin)号幅度減小(xiao)。

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