1.引言(yán)
   渦街流(liú)量計 （或(huò)稱 旋渦(wō)流量計(ji) ）是一種(zhong)基于流(liu)體振蕩(dàng)原理的(de)新型速(su)度式流(liú)量儀表(biao)。它的輸(shu)出🔆信号(hào)是與流(liú)量成正(zhèng)比的脈(mò)沖頻率(lü)信号或(huo)💜标準電(dian)流信号(hao)，可遠距(jù)離傳輸(shū)，并且輸(shū)出信号(hào)⚽僅與流(liu)量有關(guan)，不受流(liu)體的溫(wen)度、壓力(lì)、成分、粘(zhān)度和💞密(mì)度的影(ying)響。它具(ju)有量程(chéng)比寬，結(jie)構簡單(dan)，無運動(dòng)件🔞，檢測(ce)元件不(bú)接觸被(bèi)測流體(tǐ)，具有測(ce)量精度(dù)好、應用(yong)🌍範圍廣(guǎng)、使用壽(shou)命長等(deng)特點。因(yin)此，渦街(jie)流量計(jì)自20世紀(ji)60年代末(mò)誕生以(yǐ)來，發展(zhǎn)異常迅(xùn)速，許多(duo)研究者(zhe)進行了(le)大量的(de)工作，開(kāi)發出了(le)衆多類(lèi)型的渦(wō)街流量(liàng)計，并大(da)量生産(chan)投放市(shi)場，像這(zhe)樣在短(duan)短幾年(nián)時間💛内(nei)就達到(dào)從實驗(yan)室樣機(ji)到批量(liang)生産過(guò)⚽程的流(liu)量計還(hái)是僅有(you)📞的。
   然而(ér)，在經曆(lì)了20世紀(jì)80～90年代的(de)“渦街熱(re)”以後，渦(wo)街流量(liàng)計的發(fa)🚶展放慢(màn)了步伐(fa)。由于對(duì)這種新(xin)型儀表(biao)的生産(chan)、設計、選(xuǎn)型和應(ying)用🛀方面(mian)的經驗(yàn)不足，面(miàn)對各行(háng)各業千(qiān)差⭐萬别(bié)的👉現場(chǎng)和測量(liàng)對象，有(yǒu)些❓問題(ti)逐步暴(bào)露出來(lai)，如安裝(zhuang)條件🔞和(hé)方式對(duì)測量的(de)影響等(deng)。對于🌈安(ān)裝條件(jian)（即各種(zhǒng)使用條(tiao)件下所(suo)必須💞的(de)直管段(duàn)長度）的(de)要求，不(bú)🆚同儀表(biǎo)廠家都(dou)會🥵給出(chu)一個比(bǐ)較❤️合理(lǐ)的建議(yì)值。但是(shi)，對于安(an)裝方式(shi)（即 流量(liang)計 水平(ping)安裝或(huò)垂直安(ān)裝）給渦(wo)街流量(liàng)計造成(cheng)的影響(xiǎng)，一般都(dou)沒有涉(shè)及。本文(wen)通過相(xiàng)同條件(jiàn)下的實(shí)驗研究(jiu)，定量地(dì)讨論和(hé)比較了(le)水平、垂(chui)直兩種(zhǒng)安裝方(fang)式對渦(wo)街🔴流量(liàng)計測量(liàng)的影響(xiǎng)。
2．渦街流(liú)量計測(cè)量原理(lǐ)
   在流體(ti)中垂直(zhí)于流向(xiàng)插入一(yī)根非流(liu)線型柱(zhù)狀物體(ti)（即🤩旋😄渦(wō)發生體(tǐ)），當流速(su)大于一(yi)定值時(shi)，在柱狀(zhuàng)物兩側(ce)🐆将産生(shēng)兩排旋(xuán)轉方🚩向(xiang)相反、交(jiao)替出現(xiàn)的非對(dui)稱的旋(xuan)渦列（即(ji)卡門渦(wō)🌈街），如圖(tu)✍️1所示，通(tōng)過檢測(ce)渦街産(chan)生的頻(pín)率，根據(jù)有關的(de)關系式(shì)得到流(liu)體的流(liú)量。

設旋(xuán)渦的發(fa)生頻率(lǜ)爲f，被測(ce)介質來(lai)流的平(píng)均速度(du)🏃🏻爲u，旋🈲渦(wō)發生㊙️體(tǐ)迎面寬(kuan)度爲d，管(guǎn)道内徑(jing)爲D，根據(ju)卡門渦(wo)街原理(li)，有如下(xià)關✍️系式(shì)：

式中u1爲(wei)旋渦發(fa)生體兩(liǎng)側的平(ping)均流速(su)，m/s；St爲斯特(te)勞哈爾(ěr)數，量綱(gāng)爲1；m爲旋(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)弓形面(miàn)積與管(guan)道橫截(jie)面面積(ji)之比，量(liang)綱爲1。
管(guǎn)道内流(liú)體的體(tǐ)積流量(liang)qv爲：
式中(zhong)K爲渦街(jiē)流量計(ji)的儀表(biao)系數，Hz/(m3/h)。
式(shì)（3）就是渦(wō)街流量(liang)計測量(liang)的基本(ben)關系式(shi)，其中K除(chu)與👣旋渦(wo)發🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生體(tǐ)、管道的(de)幾何尺(chǐ)寸有關(guan)外，還與(yu)斯特勞(láo)⭐哈爾數(shù)有🌈關。斯(si)特勞🆚哈(hā)爾數爲(wèi)無量綱(gāng)參數，它(ta)與旋渦(wō)發生體(ti)形狀及(ji)雷諾數(shù)有關🐇，在(zài)ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nèi)，St可視爲(wèi)常🔞數，這(zhè)是儀♈表(biao)正常工(gōng)作範圍(wei)。同時可(kě)以看到(dào)，渦街流(liú)🤟量計輸(shū)出的脈(mò)沖頻率(lü)信💁号不(bu)受流體(ti)物性和(hé)組分變(bian)化的影(ying)響，即儀(yi)表系數(shù)在一定(ding)雷諾數(shù)範圍♻️内(nèi)僅與旋(xuan)渦發生(sheng)體及管(guan)道的形(xing)狀尺寸(cùn)☔等有關(guān)。
3. 渦街流(liú)量計的(de)安裝方(fāng)式
   在工(gōng)程實際(jì)應用中(zhong)，渦街流(liú)量計通(tōng)常有如(ru)圖2所示(shì)的🚶幾種(zhǒng)🏃安裝方(fāng)式[10]，其中(zhōng)（a）、（b）、（c）三種方(fāng)式都屬(shǔ)于水平(ping)安裝；（d）則(zé)爲渦街(jiē)流量計(ji)的垂直(zhí)安裝。對(duì)不同的(de)流體應(ying)采用不(bú)同的安(an)裝方式(shì)。普通液(ye)體、氣體(tǐ)、含水量(liang)液體的(de)氣體、低(dī)溫氣體(ti)和液體(tǐ)、含微量(liàng)固體顆(ke)粒🛀的液(ye)體和氣(qì)體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方(fāng)式安裝(zhuāng)；高溫液(yè)體、高溫(wen)氣體、蒸(zheng)汽👅可采(cai)用（b）、（c）、（d）方式(shi)安裝；濕(shī)飽和蒸(zheng)汽可采(cai)用（a）、（c）、（d）方式(shì)安裝；液(ye)－氣（含微(wēi)量氣體(ti)）、液－固（含(han)微量固(gu)體）和液(yè)－液兩項(xiang)流中，如(rú)果氣、固(gù)相不超(chao)出🤟可測(cè)量範圍(wéi)，建議首(shou)先采用(yong)（d）方式安(ān)裝。

4. 實驗及(ji)結果讨(tao)論
4.1 實驗(yan)裝置與(yu)過程
   實(shí)驗裝置(zhì)結構如(ru)圖3所示(shì)，水穩壓(yā)罐爲管(guan)路提供(gòng)恒定的(de)水壓，使(shi)實驗時(shi)流量穩(wen)定，水流(liú)量的大(dà)小由調(diao)節閥來(lai)調節，流(liú)量範圍(wei)爲2～20 m3/h。電磁(ci)流量計(ji)作爲标(biao)準流量(liang)表給出(chu)進入♻️實(shi)驗段的(de)水的💛标(biao)準流量(liàng)值，精度(du)爲0.5％。渦街(jie)流量計(jì)分别按(an)照水平(ping)和垂直(zhi)兩種🔞方(fāng)式安裝(zhuang)在實驗(yan)管路中(zhong)，它們都(dou)具有足(zú)夠長的(de)前、後直(zhí)管段長(zhǎng)度，并且(qie)其它安(an)裝條件(jiàn)都嚴格(gé)按照規(gui)定的☂️要(yào)求。渦街(jiē)流量計(jì)的信🛀🏻号(hao)通過示(shì)波器采(cǎi)集，采樣(yàng)頻率選(xuan)用❄️1000 Hz，每組(zǔ)數據包(bao)含2500點。

4. 2 實(shi)驗結果(guo)與分析(xī)
   分别對(duì)在水平(ping)和垂直(zhí)兩種安(an)裝方式(shì)時測得(de)的渦街(jie)信号進(jìn)☎️行快速(sù)傅裏葉(ye)變換（FFT），可(ke)以得到(dao)渦街頻(pín)率值，圖(tú)4給出了(le)渦街頻(pin)⛷️率與流(liú)量之間(jian)的關系(xi)。從圖中(zhōng)可以看(kàn)出，兩者(zhě)之間的(de)差别很(hen)小。再分(fèn)别對測(cè)得的✨渦(wō)街率與(yǔ)流量做(zuò)零截距(ju)最小二(èr)乘拟合(he)，得到水(shuǐ)平📱、垂直(zhí)安裝的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻渦街流(liú)量計儀(yi)表系數(shù)分别爲(wei)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對(dui)☔誤差小(xiǎo)于0.02%。可見(jiàn)，在安裝(zhuāng)方式對(dui)渦街流(liu)量計的(de)測量⭕影(yǐng)響很小(xiǎo)㊙️，可以忽(hū)略。

   爲(wèi)了進一(yi)步研究(jiu)渦街流(liu)量計安(an)裝方式(shì)的影響(xiǎng)，本文還(hái)比較了(le)在水平(ping)和垂直(zhí)兩種方(fang)式下的(de)渦街信(xin)号的幅(fú)度。圖5給(gei)出了渦(wo)街🏃信号(hao)幅度與(yǔ)流量之(zhī)間的關(guan)系，可以(yǐ)看出信(xin)号幅度(du)都與流(liú)量成近(jìn)似二次(cì)方關系(xì)，在相🎯同(tong)流量下(xia)，信号幅(fú)度基本(běn)上相等(děng)，這說明(ming)渦街流(liu)量計安(ān)裝方式(shì)對其信(xin)号幅度(du)影響很(hěn)小，也✔️即(jí)旋渦的(de)能量🌍（正(zheng)比于幅(fu)度的平(píng)方）幾乎(hū)不受影(ying)響🐕。但是(shì)，仔細比(bi)較可以(yǐ)發現，渦(wo)街流量(liang)計水平(ping)安裝時(shi)的信号(hao)幅度略(luè)大于垂(chuí)直安裝(zhuang)的情況(kuang)，這❄️裏可(ke)定性地(di)理解爲(wei)，當渦街(jiē)流量計(ji)垂直💚安(an)裝時部(bù)分旋渦(wo)能量因(yin)爲克服(fú)重力而(ér)耗散，使(shǐ)得渦街(jie)流量計(ji)傳感器(qì)感測到(dào)的渦街(jiē)能量變(bian)少，從而(ér)造成信(xin)号幅度(dù)減小。

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