文档介绍：涡街流量计原理
2007-12-24 01:33
把一个非流线型阻流体(Bluff Body)垂直插入管道中,随着流体绕过阻流体流动,产生附面层分离现象,形成有规则的旋涡列,左右两侧旋涡的旋转方向相反。这种旋涡称为卡门涡街。根据卡门的研究,这些涡列多数是不稳定的,只有形成相互交替的内旋的两排涡列,且涡列宽度h与同列相邻的两旋涡的间距l之比满足            =(对圆柱形旋涡发生体)时,这样的涡列才是稳定的。生产旋涡分离的阻流体称为旋涡发生体。涡街流量计是根据旋涡脱离旋涡发生体的频率与流量之间的关系来测量流量的仪表。  
    
     为说明卡门涡街的产生,,流体在前驻点速度为零,来流沿圆柱左右两侧流动,在圆柱体前半部分速度逐渐增大,压力下降,后半部分速度下降,压力升高,,无旋涡产生,如图3—7a所示.
     随着来流速度增加,圆柱体后半部分的压力梯度增大,引起流体附面层的分离,如图3—,达到40左右时,由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞,-7c所示.
在一定的留诺数Re范围内,稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比.
图3-7    圆柱绕涡街产生示意图
·卡门在理论上已证明稳定的涡街条件是:涡街两列旋涡之间的距离为h,单列两涡之间距离为,若两者之间关系满足
                          =1
               或                   h / =0. 281                      (3-24)
时所产生的涡街是稳定的。
    
为了导出旋涡脱落频率与流速之间的关系,,我们假定在旋涡发生体上游的来源是无旋、稳定的流动,,在旋涡发生体下游所产生的两列对应旋涡的速度环量,必然大小相等,方向相反,其合环量为零,由于对应两涡的旋向相反,速度环量大小相等,所以在整个涡群的相互作用下,. 的表示式为
               = tan h                                   (3-25)
对于稳定的涡街,将式(3-25)代入,有:
             = tan h(0. 281 )=                          (3-26)
     从前面讨论可知,当流体以流速u流动时,相对于旋涡发生体,涡街的实际向下游运动速度为u-,那么,流速与频率的关系为
                        u-ur = fl                         (3-27)
     将式(3-26)代入,,在实际上不可能测得速度环量的数值,所以只能通过实验来确定来流速度u与涡街上行速度ur之间的关系,确定因注形旋涡发生体直径d与涡街宽度h之间的关系,有:
h=1. 3d                         (3-28)
ur=0. 14u                        (3-29)
将式(3-24),(3-27),(3-28),(3-29)联立,可得: