渦街流量計(jì)是基于流體力學(xué)中著名的“卡門渦街”研制的。在流動(dòng)的流體中放置- -非流線型柱形體,稱旋渦發(fā)生體,當(dāng)流體沿旋渦發(fā)生體繞流時(shí),會(huì)在渦街發(fā)生體下游產(chǎn)生兩列不對(duì)稱但有規(guī)律的交替旋渦列,這就是所謂的卡門渦街,如圖1所示。
大量的實(shí)驗(yàn)和理論證明:穩(wěn)定的渦街發(fā)生頻率ƒ與來流速度v1及旋渦發(fā)生體的特征寬度d有如下確定關(guān)系叫:
式中St為斯特羅哈數(shù),與雷諾數(shù)和d相關(guān)。
當(dāng)雷諾數(shù)Re在一定范圍內(nèi)(3 X102~2 X105)時(shí)(4],St為一常數(shù),對(duì)于三角柱形旋渦發(fā)生體約為0.16
雷諾數(shù)的定義為
式中S為管道的橫截面積。
由高精度氣體渦街流量計(jì)的測(cè)量原理可知,通過測(cè)量旋渦發(fā)生頻率僅能得到旋渦發(fā)生體附近的流速vI,由式(3)可知在橫截面積一定的情況下,流體的流量Q與流體的平均流速v成正比,因此要精確計(jì)量流體的流量必須找到`v與v1的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
根據(jù)流體力學(xué)理論,在充分發(fā)展的湍流狀態(tài)下，流體的速度分布有如下關(guān)系式川:
式中:vp為到管壁距離為y的P點(diǎn)的速度;y為點(diǎn)到管壁處的距離;Vmax:為管道中的最大流速,通常取管道中心的速度;R為管道的半徑;n為雷諾數(shù)的函數(shù)。
表1中給出了部分雷諾數(shù)與n的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
由于旋渦發(fā)生體的位置固定,因此當(dāng)雷諾數(shù)一定時(shí)v1與`v有固定的比例關(guān)系換言之,當(dāng)雷諾數(shù)Re變化時(shí),二者的比值也發(fā)生變化，
圖3給出了不同雷諾數(shù)下充分發(fā)展的湍流的流速分布,如圖所示Re越大,流速分布越平滑,即旋渦發(fā)生體附近的流速越接近平均流速,故ƒ( Re)應(yīng)為單調(diào)遞減函數(shù)。圖4給出了3臺(tái)50mm口徑，寬度14 mm三角形旋渦發(fā)生體的氣體渦銜流量計(jì),在20℃,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,不同雷諾數(shù)下的K值曲線。如圖所示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析基本一致,因此渦銜流量計(jì)的測(cè)量原理即決定了儀表系數(shù)的非線性特性。若要提高渦街流量計(jì)的計(jì)量精度,必須針對(duì)不同的流速分布對(duì)K值進(jìn)行修正。
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