渦街流量計的特點是選擇、使用渦街流量計的首要問題。現(xiàn)在其特點問題分析如下:1)由于旋渦頻率與流體流速成線性的單值函數(shù)關(guān)系,若流量計的阻擋體幾何尺寸不變當流體流動狀態(tài)雷諾數(shù)Re>Rec臨界雷諾數(shù)的條件,旋渦頻率與介質(zhì)重度等物理參數(shù)無關(guān)這就使得渦街流量計能廣泛地應(yīng)用于不同流體流量的測量上,其儀表常數(shù)不變測量精度不變。從上式可見,渦街流量計選型設(shè)計完畢,流量Q不僅與f有關(guān),而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。2)渦街流量計原理基于卡門渦街定律,頻率的測量易于實現(xiàn)數(shù)字化與智能化,使其測量精度大大的提高。渦街流量計的重復性誤差<0.%,非線性誤差<1%,如果我們用智能化二次儀表可將非線性誤差大大減少,能滿足于<Q.5%水乎。3)渦街流量計的擋體占流體流通面積很小,因此節(jié)流損失小,況且擋體固定不動這樣儀表本身無可動部件儀表維護量節(jié)能損耗很小,這又是其顯著特點。4)渦街流量計的測量范圍寬,即量程比一般可做到1:10,甚至于可達到1:20,這是其它儀表不易達到的水平。5)基于流束場理論,渦街產(chǎn)生必須在穩(wěn)定流束場內(nèi),因此渦街流量計同節(jié)流式流量計一樣必須有嚴格的直管段要求。這就使流量計要在嚴格的技術(shù)條件下進行安裝這是使用好渦街流量計的關(guān)鍵6)單相流體是產(chǎn)生穩(wěn)定渦街的條件,渦街流量計不能測雙相流體即氣液、氣固、液固兩相流體的流量7)產(chǎn)生穩(wěn)定渦街條件需滿足Re要求,這樣就給高粘度物質(zhì)流體的流量測量帶來很大困難,因此不易測高粘度物質(zhì)的流量。8)由于應(yīng)力式渦街流量計測量渦街頻率基于旋渦的力學效應(yīng),鑒于敏感元件的力學靈敏度及放大器的信噪比性能的局限性給低密度的氣體,例如:氫氣流量測量會帶來很大難度,因此不易測低密度的氣體介質(zhì)流量。選擇渦街流量計合適的配置,有利于安裝使用,也起到節(jié)約企業(yè)成本的作用。下面介紹下幾點選型:1、確定使用遠傳型還是現(xiàn)場顯示型。2、選用遠傳型,如果是飽和蒸汽,應(yīng)選擇溫度自動補償密度或壓力自動補償密度;如果是過熱蒸汽,應(yīng)選擇溫度、壓力同時補償密度;其他介質(zhì)根據(jù)實際情況確定是否需要補償。又由于渦街流量計板的前后對稱,故流體中正向、反向流動的流量均可測量。3、選擇智能流量積算儀時,如果只要求顯示流量、壓力、溫度等參數(shù),可選擇數(shù)碼管顯示或液晶顯示的智能流量積算儀;如果需要追溯歷史數(shù)據(jù),帶有記憶功能,則應(yīng)選用智能流量積算無紙記錄儀。4、無論選擇哪種智能流量積算儀,都應(yīng)考慮是否需要帶有RS485或RS232通訊接口。5、無論選擇哪種智能流量積算儀,都應(yīng)考慮是否需要配置后備電源,以便突然停電時儀表能夠正常計量。6、選擇智能流量積算儀時,應(yīng)考慮是否需要提供儀表箱,將智能流量積算儀放置其中,掛在墻壁上,并防止設(shè)定參數(shù)隨意調(diào)整。7、選用遠傳型,應(yīng)考慮是否需要無線無程流量監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對各管路流量的實時監(jiān)測和管理。8、如果被測介質(zhì)是物質(zhì)或測量環(huán)境存在氣體,應(yīng)選用fang暴型傳感器及fang暴型測量系統(tǒng)。9、傳感器壓力損失的計算:傳感器口徑確定以后,可計算該傳感器的壓力損失,以便確定該傳感器是否對工藝管線有影響。渦街流量計旋渦頻率檢測方法,為了解決目前渦街流量計中存在的某些突出問題,使旋渦頻率的檢測更準確、抗干擾性更強,作者提出通過檢測旋渦發(fā)生體后管壁處的差壓信號的頻率來檢測渦街流量計旋渦頻率的新方法。 基于這一基本思想,本采用理論分析—數(shù)值—實驗驗證相結(jié)合的方法,以基于差壓原理的渦街流量計旋渦頻率檢測方法為主要研究對象,以計算流體力學軟件FLUENT為輔助研究工具,后通過實驗實現(xiàn)了利用管壁差壓法對渦街流量計旋渦頻率的準確檢測。LUGB系列流量變送器的設(shè)計柱寬d與流通管直徑D具有固定的比值。主要完成了以下工作:通過大量閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻,對渦街流量計的發(fā)展歷程、測量原理、組成結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點進行了概括,對國內(nèi)外渦街流量計研究的現(xiàn)狀和趨勢進行了總結(jié)。 評述了渦街流量計旋渦頻率各種常用檢測方法的特點,針對現(xiàn)有方法存在的不足,提出通過檢測尾流中貼近管壁處的差壓周期變化的頻率來檢測旋渦頻率的新方法,即管壁差壓法。并且對該方法的可行性做了理論上的分析,對實現(xiàn)的技術(shù)難點提出了解決方案。 針對渦街流量計內(nèi)旋渦產(chǎn)生和脫落的特點,建立了渦街流量計流場的數(shù)值模型,應(yīng)用FLUENT軟件對渦街流量計流場進行了,對流場中的幾個特的靜壓波動情況進行了監(jiān)測、分析和比較。 在數(shù)值結(jié)果的基礎(chǔ)上,使用空氣和水兩種不同流動介質(zhì)進行了實驗,結(jié)果表明:管壁差壓法能夠準確檢測渦街流量計旋渦頻率,測量誤差均小于儀表的允許誤差。并對管壁差壓取壓孔位置的選取做了比較,發(fā)現(xiàn)管壁差壓取壓孔選取在距旋渦發(fā)生體迎流面較近位置較好。
渦街流量計的測量原理
渦街流量計作為一種新型流量計,20世紀80年代中期以來發(fā)展較快,它在流量測量方面有著諸多的優(yōu)點和長處,在現(xiàn)代流量測量中應(yīng)用越來越廣泛。在國內(nèi)使用渦街流量計進行流量測量也愈來愈得到重視,目前我國已有性能優(yōu)良并有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品系列。
渦街流量計的原理是在流量計管道中,設(shè)置一滯流件,當流體流經(jīng)滯流件時,由于滯流件表面的滯流作用等原因,在其下游會產(chǎn)生兩列不對稱的旋渦,這些旋渦在滯流件的側(cè)后方分開,形成所謂的卡門(Karman)旋渦列,兩列旋渦的旋轉(zhuǎn)方向是相反的, 卡門從理論上證明了當h/L=0.281(h為兩旋渦列之間的寬度,L為兩個相臨旋渦間的距離)時,旋渦列是穩(wěn)定的,在此情況下,產(chǎn)生旋渦的頻率f與流量計管道中流體流速υ的關(guān)系為:
式中 d———圓柱形滯流件的直徑;
υ———流體的流速,m/s;
s———無量綱常數(shù),稱為Stroual數(shù),與流體流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re有關(guān)。
流量計圓截面管道的雷諾數(shù)Re為:
式中 ρ———流體的密度,kg/m3;
μ———流體的動力粘度,(kg/m)/s;
其他符號意義同上。而流體的流量為:
式中 Q———管道流體的流量,m3/s;
A———管道斷面積,m2。
從上式可見,渦街流量計選型設(shè)計完畢,流量Q不僅與f有關(guān),而且與雷諾數(shù)Re也有關(guān)。雷諾數(shù)Re是表征粘性流體流動特性的一個無量綱數(shù),其物理意義是流體流動的慣性力與粘滯力的比值。其特點是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測量工況體積流量時幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響。旋渦發(fā)生所產(chǎn)生的旋渦頻率需由感測器來測定,感測器獲得的信號經(jīng)放大、濾波zheng形等處理后得到代表渦街頻率的脈沖信號,供單片機進行處理和顯示。感測器分流體振蕩感測和壓力變化感測兩大類。流體振蕩感測屬于接觸式,控測元件易受流體污染,但抗干擾能力強;壓力變化感測屬于非接觸式,探測元件不易受流體污染,但易受振動等因素的干擾。流體的流動狀態(tài)對渦街流量計的使用也有一定的影響。如果環(huán)境參數(shù)對流體流動狀態(tài)有影響也會影響到渦街流量計的使用性能。