渦街流量計工作原理

在特定的流動條件下，一部分流體動能轉化為流體振動，其振動頻率與流速（流量）有確定的比例關系，依據這種原理工作的流量計稱為流體振動流量計。目前流體振動流量計有三類：渦街流量計、旋進（旋渦進動）流量計和射流流量計。渦街流量汁（以下簡稱VSF）
在流體中設置旋渦發生體（阻流體），從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發生體下游非對稱地排列。設旋渦的發生頻率為f，被測介質來流的平均速度為U，旋渦發生體迎面寬度為d，表體通徑為D，根據卡曼渦街原理，有如下關系式
              f=SrU1/d=SrU/md                     （1）
式中  U1--旋渦發生體兩側平均流速，m/s；
    Sr--斯特勞哈爾數；
    m--旋渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比
         

圖1 卡曼渦街

 
管道內體積流量qv為
            qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr                 （2）
            K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1                  （3）
式中 K--流量計的儀表系數，脈沖數/m3（P/m3）。
  K除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外，還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數，它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關，圖2所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關系圖。由圖可見，在ReD=2×104～7×106范圍內，Sr可視為常數，這是儀表正常工作范圍。當測量氣體流量時，VSF的流量計算式為
                            （4）

圖2 斯特勞哈爾數與雷諾數關系曲線

式中 qVn，qV--分別為標準狀態下（0oC或20oC，101.325kPa）和工況下的體積流量，m3/h；
   Pn，P--分別為標準狀態下和工況下的壓力，Pa；
   Tn，T--分別為標準狀態下和工況下的熱力學溫度，K；
   Zn，Z--分別為標準狀態下和工況下氣體壓縮系數。
  由上式可見，VSF輸出的脈沖頻率信號不受流體物性和組分變化的影響，即儀表系數在一定雷諾數范圍內僅與旋渦發生體及管道的形狀尺寸等有關。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量，這時流量計的輸出信號應同時監測體積流量和流體密度，流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。