文档介绍：青流牌涡街流量计
原理与应用讲座
能源计量主管室
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绪论
(一)涡街流量计的发展概况
在自然界中,存在许多流体震动现象。例如旗帜在风中飘扬;野外架空电线发出的嗡嗡响声;小溪流使中的水草、禾苗、小树干频频摆动等,都是流体振动现象的具体表现。
在流体振动现象中,流体振动频率与流速之间存在着对应关系。应用这种原理测量流量仪表主要包括分离流量计常称涡街流量计;旋进(旋涡进动)流量计和射流流量计。
自20世纪60年代中期开始,美、欧各国和日本的科学家先后以不同的方式投入流体振动计量的研究。到60年代末和70年代初,先后出现了以上三种流量计。因制造、应用和推广方面的原因,三种流量计的发展情况有所不同。涡街流量计的特点发挥得比较充分,被用户接受较早,发展最迅速。
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古时候,人们就注意到风可以使拉紧的琴弦发出不同的声音。也有半夜里挂在床头墙壁的自明琴,被夜风吹得发出声音,把主人从梦中缓刑的记载。16世纪中期,著名画家、。世界上最早研究涡街现象的人使匈牙利物理学家史特劳哈尔。1878年,在他指导的实验室中发现:在风的作用下,一根细弦丝发出的音调与风速成正比,而与弦丝的直径成反比。 1879年,:旋涡引起流体振动时,振动方向与流动方向相垂直;他还观察到;琴弦的固有音调与风对其作用的音调相吻合时声响会骤然增大。 1908年,贝纳德指出了圆柱体后方尾流的周期性与旋涡的形成和排列有关。 1912年,,研究了涡街的稳定性,并发表了关于无限大均匀流场中涡街稳定条件的著名论文。
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卡曼的这一论文为涡街流量计的发展与用应奠定了理论基础。
然而,科学家早期对涡街现象研究的主要目的是为了防灾。随着工业的发展,特别是航空工业的发展,发现了涡街形成对生产和建筑设施的破坏作用,例如高层建筑物、桥梁、塔架、港口设施、钻井平台支架等在大风大浪遭破坏。因此,在较长时间内,科学家们都在观察和研究涡街形成的规律性,探索涡街产生破坏作用原因,寻找防止这种破坏作用方法。
事物总是存在着两个方面,当一些人在研究防止涡街破坏作用的时侯,也有一些人在研究如何利用涡街现象和原理做一些有益的工作,应用卡曼涡街测量流体流速的设想就是其中之一。这种设想最先见于1935年的美国专利。到20世纪60年代,美国科学家罗什科提出了应用卡曼涡街测量风速的可能性,并进行了有关实验。1960年,在日本志波号船上,进行了应用卡曼涡街原理测量船速的试验。
70年代是涡街流量计进入快速发展的时期,各国新型的检测方法和新产品纷纷问世。
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到80年代后期,美、欧和日本等发达国家先后制定、颁发了本国涡街流量计产品标准。在各主要国家颁布了标准后,国际标准化组织(ISO)着手制定涡街流量计国际标准,并与1993年以标准草案的形式发布。这些都标志涡街流量计的开发、制造和应用进入了规范化时代。
90年代以来,涡街流量计的发展,主要在以下几个方面取得显著进步:
(1)技术基础性工作向更深层次发展。在日本,开展涡街流量计干标定的研究试验工作,并取得成效。
(2)信号处理技术方面向数字化方向发展。从常规的有源滤波器的作用,向跟踪滤波、自适应滤波和数字频谱分析应用方向发展,提高了涡街流量计的精度、抗干扰能力和测量范围。
(3)向一体化、智能化、多参数检测方向发展,现场总线技术被引入涡街流量计领域中,现场总线智能型涡街流量计
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将成为现场总线系统中的重要仪表之一。
在我国,涡街流量计的发展也令人瞩目。特别是80年代,是我国涡街流量计发展势头旺盛的时期,应力式涡街流量计成为热点。80年代中期,1989年颁布了涡街流量传感器的行业标准和国家计量检定规程。对规范涡街流量计的开发、生产、应用发挥了作用。
90年代中期以后,我国涡街流量计的发展向一体化、多参数检测、智能化方向发展,推出了数字智能化涡街流量计。数字智能化涡街流量计的市场投入,弥补了常规型涡街流量计的不足,而涡街流量计的固有有点继续发挥,使涡街流量计的性能、功能、质量上了一个新的台阶。
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(二)与涡街流量计有关的概念
(1)流体密度:
流体的密度ρ即单位体积流体所具有的质量,是流体的重要物性参数之一。
(2)流体粘度:
流体本身阻滞其对滑动的性质称为流体的粘度。
流体的粘度随流体的温度和压力而变化。通常,温度上升,液体的粘度下降,而气体的粘度上升。
(3)管道雷诺数:
雷诺数是表征流体中惯性力与粘性力之比的无量纲参数。
当雷诺数较低时,表明粘性力占主导地位,粘性对流动的影响是主导的;当雷诺数较高时,表明惯性力是主要的,粘性对流动的影响只在边界内或速度梯度较大的区域才是重要的