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蒸汽涡街流量计应用中遇到的问题
发布时间:2017-12-20 17:42 浏览次数:

蒸汽涡街流量计应用中遇到的问题

因为流体流量和其输出的频率信号存在正相关性,同时频率信号在流体组分、密度、压力、温度改变情况下仍能保持一定稳定性;另外,此仪器的量程较大;均为不可动部件,稳定性大大增强;结构相对简单,安装维护难度小,维护成本低。基于以上优点,该频率信号被普遍使用在计量与工业过程的控制过程中。到上世纪80年代,该流量计得以广泛采用,但缺点是对于蒸汽介质上的测试仍是空白,只可进行涡街流量计的构造方式、DSP、流量量程、管道材质等方面加以升级,增强了涡街流量计的在液体与空气中的测量准度 [2] 。由于在蒸汽介质方面的探索上存在盲区,在流量精度测量上长期以来备受业内人士的质疑。涡街流量计虽然技术上有了改进,但有待进一步改良,不管是在理论还是应用层面上均有诸多工作要做。近些年,世界范围内的业内人士对于涡街流量计实施了多次探索,研究成果值得肯定。

1 蒸汽介质的影响因素
所谓涡街流量计(亦称旋涡流量计),其工作机理是“卡门涡街”,是一类流体振荡式的测量仪器。“卡门涡街”的原理是:待测管道流体中放进一根(或数根)非流线型截面的旋涡发生体,等到雷诺数到达特定数值,在旋涡发生体两侧分离出两串交错有序的旋涡,此过程具有交替性,我们将这种旋涡叫作卡门涡街。在特定雷诺数范围之间,旋涡的分离频率同旋涡发生体与管道的几何尺寸息息相关。数据表明,旋涡的分离频率同流量存在正相关性,此频率可通过传感器获得。以上涡街流量计与卡门涡街的关系可从图1看出,二者有如下逻辑关系:
 
蒸汽涡街流量计应用中遇到的问题
式中:
f 为旋涡分离频率,Hz ;
S r 为斯特劳哈尔数;
U 1 为旋涡发生体两侧的平均流速,m/s ;
d 为旋涡发生体迎流面的宽度,m;
U 为被测介质来流的平均流速,m/s ;
m 为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比。不可压缩流体中,由于流体密度  不变,由连续性方程可得到: m = U / U 1 。
 
蒸汽涡街流量计应用中遇到的问题
式中:
K 为涡街流量计的仪表系数,1 /m 3 。通过式(3)不难看出,仪表系数 K 是涡街流量计的计量特性的定量表征,数据表明,其仪表系数只和其机械结构与斯特劳哈尔数有关,同来流流量并无相关性。
研究发现,蒸汽对涡街流量计计量特性存在较大影响。可总结为三个方面:第一,从公式(3)中能够得出,机械结构尺寸 D 、m 、 d 以及斯特劳哈尔数 S r 这些参数与K值大小存在较大关联性。基于物理原理研究发现,在流体介质条件存在差异情况下,机械结构尺寸的改变一般是与温度的改变引发的热胀冷缩效应息息相关。第二,雷诺数对斯特劳哈尔数 S r 产生较大影响,前者又与粘度密切相关,而粘度的差异性又取决于流体的差异,既而引发斯特劳哈尔数 S r 的区别。第三,公式(3)的推导过程是以不可压缩流体为前提的,当换作气体介质时,由于可压缩性的区别或许会引发仪表系数产生误差。以上三个因素对于涡街流量计的影响将在下一节进一步探讨。
本文来自:压缩空气流量计
 
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