1.引言(yan)
   渦街流(liú)量計 （或(huo)稱 旋渦(wo)流量計(ji) ）是一種(zhǒng)基于流(liú)體振蕩(dàng)原理的(de)新型速(su)度式流(liu)量儀㊙️表(biǎo)。它的輸(shū)出🚶‍♀️信号(hao)是與流(liú)量成正(zhèng)比的脈(mò)沖頻率(lǜ)信号或(huò)标準電(dian)流信号(hao)，可遠距(jù)離傳輸(shu)，并且輸(shū)出信号(hao)僅與流(liú)量有關(guan)，不受流(liu)體的溫(wēn)度、壓力(lì)、成分、粘(zhan)度和密(mì)度的影(yǐng)響。它具(jù)有量程(chéng)比寬，結(jié)構簡單(dan)，無運動(dong)件❄️，檢測(cè)元件不(bú)接觸被(bei)測流體(ti)，具有測(ce)量精度(du)好、應用(yòng)範圍廣(guǎng)、使用壽(shòu)命長等(děng)特點。因(yīn)此，渦街(jiē)流量計(ji)自20世紀(ji)60年代末(mò)誕生以(yi)來，發展(zhan)異常迅(xùn)速，許多(duō)研究者(zhe)進行了(le)大量的(de)工作，開(kai)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼發出了(le)衆多類(lei)型的渦(wō)街流量(liàng)計，并大(da)量生産(chan)投放市(shì)場，像這(zhe)樣在短(duǎn)短幾年(nian)時間㊙️内(nei)就達到(dao)從實驗(yan)💘室樣機(jī)到批量(liang)生産過(guò)程的流(liú)量計還(hái)是僅有(yǒu)的。
   然而(er)，在經曆(lì)了20世紀(ji)80～90年代的(de)“渦街熱(re)”以後，渦(wo)街流量(liang)計的發(fā)🔞展☂️放慢(man)了步伐(fa)。由于對(duì)這種新(xin)型儀表(biao)的生産(chǎn)、設計、選(xuan)型和應(yīng)用方面(miàn)的經驗(yàn)不足，面(mian)對各行(háng)各業千(qian)差萬别(bie)的現場(chǎng)和測量(liàng)對象，有(you)些問題(ti)逐步暴(bao)露出來(lái)，如安裝(zhuāng)條件🏒和(hé)方式對(dui)測量的(de)影響等(děng)。對于安(ān)裝條件(jiàn)（即各種(zhǒng)使用條(tiáo)件下所(suǒ)必須的(de)直管段(duan)長⭕度）的(de)要求，不(bú)同儀表(biao)廠家都(dou)會給出(chū)一個比(bǐ)較合理(lǐ)的建議(yì)值。但是(shì)，對于安(ān)裝方式(shi)（即 流量(liang)計 水平(píng)安裝或(huo)垂直安(an)裝）給渦(wō)街流量(liang)計造成(cheng)的影響(xiǎng)📞，一般💞都(dōu)沒有涉(shè)及。本文(wen)通過相(xiàng)同條件(jian)下的實(shí)驗研究(jiū)，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(xiang)。
2．渦街流(liu)量計測(cè)量原理(li)
   在流體(ti)中垂直(zhí)于流向(xiàng)插入一(yi)根非流(liu)線型柱(zhù)狀物體(ti)（即🌈旋渦(wō)🌈發生體(ti)），當流速(su)大于一(yī)定值時(shí)，在柱狀(zhuang)物兩側(ce)将産生(sheng)兩排旋(xuán)轉方向(xiàng)相反、交(jiao)替出現(xian)的非對(duì)稱的旋(xuan)渦列（即(jí)卡門渦(wō)✔️街），如圖(tú)1所示，通(tōng)過檢測(cè)渦街産(chǎn)生的頻(pin)率，根據(ju)有關的(de)關系式(shi)得到流(liu)體的流(liu)量。

設旋(xuán)渦的發(fa)生頻率(lǜ)爲f，被測(cè)介質來(lai)流的平(ping)均速度(du)爲u，旋渦(wo)✍️發生體(ti)迎面寬(kuān)度爲d，管(guan)道内徑(jing)爲D，根據(jù)卡門渦(wō)街原理(lǐ)，有如下(xià)關♌系式(shì)：

式中u1爲(wei)旋渦發(fa)生體兩(liang)側的平(píng)均流速(su)，m/s；St爲斯特(tè)勞哈爾(er)數，量綱(gang)爲1；m爲旋(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)弓形面(miàn)積與管(guǎn)道橫截(jié)面面🔅積(jī)之比，量(liang)🙇‍♀️綱爲⛱️1。
管(guǎn)道内流(liú)體的體(ti)積流量(liang)qv爲：
式中(zhong)K爲渦街(jiē)流量計(jì)的儀表(biao)系數，Hz/(m3/h)。
式(shi)（3）就是渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)的基本(běn)關系式(shi)，其中K除(chu)與旋渦(wo)發生體(ti)、管道的(de)幾何尺(chǐ)寸有關(guan)外，還與(yǔ)斯特勞(lao)哈爾數(shu)有關。斯(si)❗特勞哈(hā)爾數爲(wèi)無量綱(gāng)參數，它(tā)與旋渦(wō)發生體(ti)形狀及(jí)雷諾數(shù)有關，在(zài)ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nèi)，St可視爲(wei)常數，這(zhè)是儀表(biǎo)正常工(gong)作範圍(wéi)。同時可(ke)以看🌈到(dào)，渦街流(liu)量計輸(shu)出的脈(mò)沖頻率(lü)信号不(bú)受流體(ti)💋物性和(he)組分變(bian)化的影(ying)響🌈，即🌂儀(yi)表系數(shu)在一定(dìng)雷諾數(shu)範圍内(nèi)僅與旋(xuan)渦發生(shēng)體及⛹🏻‍♀️管(guan)道的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼形(xing)狀尺寸(cùn)等有關(guan)。
3. 渦街流(liu)量計的(de)安裝方(fāng)式
   在工(gōng)程實際(ji)應用中(zhong)，渦街流(liu)量計通(tong)常有如(rú)圖2所示(shì)✨的🔞幾種(zhong)安裝方(fāng)式[10]，其中(zhōng)（a）、（b）、（c）三種方(fang)式都屬(shǔ)于水平(píng)安裝；（d）則(zé)爲渦街(jiē)流量🚩計(jì)的垂直(zhi)安裝。對(dui)不同的(de)流體應(ying)采用不(bu)同的安(an)裝方式(shì)。普通液(ye)體、氣體(tǐ)、含水量(liàng)液體的(de)氣體、低(di)溫氣體(tǐ)和液體(tǐ)、含微量(liang)固體顆(ke)粒的液(yè)體和氣(qi)體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方(fāng)式安裝(zhuang)；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(cǎi)用（a）、（c）、（d）方式(shì)安❗裝；液(yè)－氣（含微(wei)量氣體(tǐ)）、液－固（含(han)微量固(gù)體）和液(ye)－液兩項(xiàng)流中✌️，如(ru)果氣、固(gù)相不超(chao)出💃可測(cè)量範圍(wei)，建議首(shou)🐆先采用(yong)（d）方式安(ān)裝。

4. 實驗及(jí)結果讨(tao)論
4.1 實驗(yan)裝置與(yu)過程
   實(shí)驗裝置(zhi)結構如(rú)圖3所示(shi)，水穩壓(yā)罐爲管(guan)路提供(gong)恒🙇‍♀️定的(de)水📧壓，使(shi)實驗時(shi)流量穩(wěn)定，水流(liú)量的大(dà)小由調(diào)💞節閥⁉️來(lai)調節，流(liú)量範圍(wéi)爲2～20 m3/h。電磁(cí)流量計(jì)作爲标(biao)準流量(liàng)表給🌈出(chū)進入實(shi)驗段的(de)水的标(biāo)準流量(liang)值，精度(dù)爲0.5％。渦街(jiē)流量計(jì)分别按(àn)照水平(ping)和垂直(zhí)兩種⭐方(fāng)式安裝(zhuāng)在實驗(yan)管路中(zhōng)，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(ān)裝條件(jiàn)都嚴格(gé)按照規(gui)定的要(yao)求。渦街(jie)流量🙇‍♀️計(ji)的信💛号(hào)通過示(shi)波器采(cǎi)集，采樣(yàng)頻率選(xuan)🌍用1000 Hz，每組(zu)數據包(bāo)含2500點。

4. 2 實(shí)驗結果(guo)與分析(xī)
   分别對(duì)在水平(píng)和垂直(zhí)兩種安(an)裝方式(shi)時測得(dé)的渦街(jiē)信号進(jin)行快速(sù)傅裏葉(yè)變換（FFT），可(ke)以得到(dao)渦街頻(pin)率值，圖(tú)4給出了(le)渦街頻(pín)率與流(liú)量之間(jian)的關系(xì)。從圖中(zhong)可以看(kan)出，兩者(zhě)之間的(de)差别很(hěn)⛱️小。再分(fen)别對測(ce)得的渦(wō)街率與(yu)♉流量做(zuo)零截距(jù)最小二(èr)乘拟合(hé)，得到水(shuǐ)平🛀、垂直(zhí)安裝的(de)渦街流(liu)量計儀(yi)表系數(shù)分别爲(wèi)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對(duì)⭐誤差小(xiao)于0.02%。可👅見(jian)，在安裝(zhuang)方式對(duì)渦街流(liú)量計的(de)測量影(yǐng)響很小(xiǎo)，可以忽(hu)略。

   爲(wei)了進一(yi)步研究(jiū)渦街流(liu)量計安(an)裝方式(shi)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(xìn)号的幅(fú)度。圖5給(gei)🍓出了渦(wo)街信号(hào)幅度與(yǔ)流量之(zhi)間的關(guan)系，可以(yi)看出信(xìn)号幅度(dù)都與流(liu)量成近(jin)似二次(cì)方關系(xi)，在相同(tong)流量下(xia)，信号幅(fu)度♍基本(běn)上相🌈等(děng)，這說明(míng)渦街流(liú)量計安(an)裝方式(shi)對其信(xìn)号幅度(dù)影響很(hen)小，也即(ji)旋渦的(de)能🛀🏻量（正(zhèng)比于幅(fu)度的平(ping)方）幾乎(hū)不受影(yǐng)響💞。但是(shi)，仔細比(bǐ)較可以(yi)發現，渦(wo)街流量(liang)計水平(píng)安裝時(shí)🐇的信号(hào)幅度略(lue)大于垂(chuí)直安裝(zhuang)的情況(kuàng)，這裏可(kě)定性地(dì)理解爲(wei)✌️，當渦街(jie)流量計(ji)垂直安(an)裝時部(bù)分旋渦(wo)能❓量因(yin)爲克服(fu)重力而(ér)耗散，使(shi)得渦街(jiē)流量計(ji)傳感器(qi)🤩感測到(dào)的渦街(jiē)能量變(bian)少，從而(ér)造成信(xin)号幅度(du)減小✉️。

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