huan618811
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關于渦街流量計的原理(一) 1.卡門渦街的產(chǎn)生與現(xiàn)象 渦街流量計的原理為說明卡門渦街的產(chǎn)生,我們來考慮粘性流體繞流圓柱體的流動.當流體速度很低時,流體在前駐點速度為零,來流沿圓柱左右兩側(cè)流動,在圓柱體前半部分速度逐漸增大,壓力下降,后半部分速度下降,壓力升高,在后駐點速度又為零.這時的流動與理想流體統(tǒng)流圓柱體相同,無旋渦產(chǎn)生,如圖3—7a所示. 隨著來流速度增加,圓柱體后半部分的壓力梯度增大,引起流體附面層的分離,如圖3—7b所示.當來流的雷諾數(shù)Re再增大,達到40左右時,由于圓柱體后半部附面層中的流體微團受到更大的阻滯,就在附面層的分離點S處產(chǎn)生一對旋轉(zhuǎn)方面相反的對稱旋渦. 在一定的留諾數(shù)Re范圍內(nèi),穩(wěn)定的卡門渦街的及旋渦脫落頻率與流體流速成正比. 2.卡門渦街的穩(wěn)定條件 并非在任何條件下產(chǎn)生的渦街都是穩(wěn)定的.馮·卡門在理論上已證明穩(wěn)定的渦街條件是:渦街兩列旋渦之間的距離為h,單列兩渦之間距離為 ,若兩者之間關系滿足 =1 或 h / =0. 281 (3-24) 時所產(chǎn)生的渦街是穩(wěn)定的。 3.渦街運動速度 為了導出旋渦脫落頻率與流速之間的關系,首先要得到渦街本身的運動速度 .為便于討論,我們假定在旋渦發(fā)生體上游的來源是無旋、穩(wěn)定的流動,即其速度環(huán)量為零.從湯姆生定理可知,在旋渦發(fā)生體下游所產(chǎn)生的兩列對應旋渦的速度環(huán)量 ,必然大小相等,方向相反,其合環(huán)量為零,由于對應兩渦的旋向相反,速度環(huán)量大小相等,所以在整個渦群的相互作用下,渦街將以一個穩(wěn)定的速度 向上游運動.從理論計算可得. 的表示式為 = tan h (3-25) 對于穩(wěn)定的渦街,將式(3-25)代入,有: = tan h(0. 281 )= (3-26) 上述渦街流量計接下篇。 北京奧特美自動化技術(shù)有限公司主營產(chǎn)品是:鉑銠熱電偶、電磁流量計、壓力變送器、熱電偶,流量計、變送器等儀器儀表, 關于渦街流量計的原理(二) 4.流體流速與旋渦脫落頻率的關系 從前面討論的渦街流量計,當流體以流速u流動時,相對于旋渦發(fā)生體,渦街的實際向下游運動速度為u-ur.如果單列旋渦的產(chǎn)生頻率為每秒f個旋渦,那么,流速與頻率的關系為 u-ur = fl (3-27) 將式(3-26)代入,可得到流速u與旋渦脫落頻率f之間的關系.但是,在實際上不可能測得速度環(huán)量 的數(shù)值,所以只能通過實驗來確定來流速度u與渦街上行速度ur之間的關系,確定因注形旋渦流量計發(fā)生體直徑d與渦街寬度h之間的關系,有: h=1. 3d (3-28) ur=0. 14u (3-29) 將式(3-24),(3-27),(3-28),(3-29)聯(lián)立,可得: f= = = (3-29’) 0. 2u / d 也可將上式寫成: St= 0. 2 (3-30) St稱為斯特羅哈數(shù).從實驗可知,在雷諾數(shù)Re為3×l02-3×l05范圍內(nèi),流體速度u與旋渦脫落頻率的關系是確定的.也就是說,對于圓柱形旋渦發(fā)生體,在這個范圍內(nèi)它的斯特羅哈數(shù)St是常數(shù),并約等于0.2,與理論計算值吻合的很好.對于圓柱型式的旋渦流量計發(fā)生體,其斯特羅哈數(shù)St也是常數(shù),但有它自己的數(shù)值.為圓往型旋渦發(fā)生體產(chǎn)生的渦街結(jié)構(gòu). 根據(jù)以上分析,從流體力學的角度可以判定渦街流量計測量的上下限流量為:Re=3×102-2×l05.當雷諾數(shù)更大時,圓柱體周圍的邊界層將變成紊流,不符合上述規(guī)律,并且將會是不穩(wěn)定的. 關于渦街流量計的原理(三) 5.流體振動原理 當渦街在旋渦發(fā)生體下游形成以后,仔細觀察其運動,可見它一面以速度u-ur平行于軸線運動,另外還在與軸線垂直方向上振動.這說明流體在產(chǎn)生旋渦的同時還受到一個垂直方向上力的作用.下面討論這個垂直方向上力的產(chǎn)生原因及計算方法. 同前討論,假定來流是無旋的,根據(jù)湯姆生定律:沿封閉流動流線的環(huán)量不隨時間而改變.那么,當在旋渦發(fā)生體右(或左)下方產(chǎn)生一個旋渦以后,必須在其它地方產(chǎn)生一個相反的環(huán)量,以使合環(huán)量為零.這個環(huán)量就是旋渦發(fā)生體周圍的環(huán)流.根據(jù)茹科夫斯基的升力定理,由于這個環(huán)量的存在,會在旋渦發(fā)生體上產(chǎn)生一個升力,該升力垂直于來流方向.設作用在旋渦發(fā)生體每單位長度上的升力為L,有: L= u (3-31) 式中 ――流體密度; u――來流速度; ――旋渦發(fā)生體的速度環(huán)量. 從前面的討論中可以得到以下關系, =2 ur;ur=K1u; =K2d ; 將上述關系代入式(3—1),并令系數(shù)K=2 K1K2,則有: L=K du2 (3-32) 這就是作用在旋渦發(fā)生體上的升力.由于旋渦在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替發(fā)生,且旋轉(zhuǎn)方向相反,故作用在發(fā)生體上的力亦是交替變化的.而流體則受到發(fā)生體的反作用力,產(chǎn)生垂直于鈾線方向的振動,這就是流體振動的原理. 從上述分析的渦街流量計可以知道:交替地作用在旋渦發(fā)生體上升力的頻率就是旋渦的脫落頻率.通過檢測該升力的變化頻率,就可以得到旋渦的脫落頻率,從而可得流體的流速值。 6.流量公式 渦街流量計是一種速度式流量計,它測的是流體的流速u.為得到流量值,必須乘以流通截面積A.對于不同形式的旋渦發(fā)生器,它的流通截面積計算是不同的.以下僅舉圓柱形流通截面積A可表示為 A≈ (1-1. 25 ) (3-33) 由此可得流量公式為 qv=Au= (1-1. 25 ) (3-34) 從該式可知,流量qv與旋渦脫落頻率f在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)成線性關系。因此,也將這種流量計稱為線性流量計。www.bjautome.com.cn www.shuaidefs.com/ www.bjgs66.com |
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