卡門(mén)渦街流量計(jì)
卡門(mén)渦街是流體力學(xué)中重要的現(xiàn)象，在自然界中?？捎龅?，在一定條件下的定常來(lái)流繞過(guò)某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線(xiàn)渦，經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性作用后，形成卡門(mén)渦街。如水流過(guò)橋墩，風(fēng)吹過(guò)高塔、煙囪、電線(xiàn)等都會(huì)形成卡門(mén)渦街?？ㄩT(mén)渦街有一些很重要的應(yīng)用，因此有必要了解其研究歷史及有關(guān)的應(yīng)用情況。
在一定條件下的定常來(lái)流繞過(guò)某些物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、并排列成有規(guī)則的雙列線(xiàn)渦。開(kāi)始時(shí)，這兩列線(xiàn)渦分別保持自身的運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，接著它們互相干擾，互相吸引，而且干擾越來(lái)越大，形成非線(xiàn)性的所謂渦街?？ㄩT(mén)渦街是粘性不可壓縮流體動(dòng)力學(xué)所研究的一種現(xiàn)象。流體繞流高大煙囪、高層建筑、電線(xiàn)、油管道和換熱器的管束時(shí)都會(huì)產(chǎn)生卡門(mén)渦街。
1911年，德國(guó)科學(xué)家T.von卡門(mén)從空氣動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)找到了這種渦旋穩(wěn)定性的理論根據(jù)。對(duì)圓柱繞流，渦街的每個(gè)單渦的頻率f與繞流速度v成正比，與圓柱體直徑d成反比，即f=Sr(v/d)。Sr是斯特勞哈爾數(shù)，它主要與雷諾數(shù)有關(guān)。當(dāng)雷諾數(shù)為300～3×10^5時(shí)，Sr近似于常數(shù)值(0.21)；當(dāng)雷諾數(shù)為3×10^5～3×10^6時(shí)，有規(guī)則的渦街便不再存在；當(dāng)雷諾數(shù)大于3×10^6時(shí)，卡門(mén)渦街又會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)，這時(shí)Sr約為0.27。出現(xiàn)渦街時(shí)，流體對(duì)物體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)周期性的交變橫向作用力。如果力的頻率與物體的固有頻率相接近，就會(huì)引起共振，甚至使物體損壞。這種渦街曾使?jié)撍У臐撏R失去觀察能力，海峽大橋受到毀壞，鍋爐的空氣預(yù)熱器管箱發(fā)生振動(dòng)和破裂。但是利用卡門(mén)渦街的這種周期的、交替變化的性質(zhì)，可制成卡門(mén)渦街流量計(jì)，通過(guò)測(cè)量渦流的脫落頻率來(lái)確定流體的速度或流量。
60年代美國(guó)科學(xué)家F．H．哈洛等人用高速電子計(jì)算機(jī)對(duì)亞聲速流動(dòng)中的卡門(mén)渦街成功地進(jìn)行了數(shù)值模擬。給出了數(shù)值模擬得到的卡門(mén)渦街形成過(guò)程示意圖，其中a表示兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的渦層的初始狀態(tài)；b表示這兩個(gè)渦層各自作不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)；c表示這兩個(gè)渦層的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)相互干擾；d表示卡門(mén)渦街形成。
卡門(mén)渦街的形成同雷諾數(shù)Re有關(guān)。當(dāng)Re為50～300時(shí)，從物體上脫落的渦旋是有周期性規(guī)律的(圖2)；當(dāng)Re>300時(shí)渦旋開(kāi)始出現(xiàn)隨機(jī)性脫落；隨著Re的繼續(xù)增大，渦旋脫落的隨機(jī)性也增大，*后形成了湍流。
卡門(mén)在研究了兩排直線(xiàn)平行渦絲的穩(wěn)定性問(wèn)題后指出，在一般情況下，這種渦街是不穩(wěn)定的，只有當(dāng)渦街的空間尺度為h/a=0.281時(shí)，對(duì)小擾動(dòng)才是穩(wěn)定的。這和實(shí)測(cè)結(jié)果十分接近。
渦街流量計(jì)：
渦街流量計(jì)主要用于工業(yè)管道介質(zhì)流體的流量測(cè)量,如氣體、液體、蒸氣等多種介質(zhì)，渦街流量計(jì)特點(diǎn)是壓力損失小,量程范圍大,精度高,在測(cè)量工況體積流量時(shí)幾乎不受流體密度、壓力、溫度、粘度等參數(shù)的影響；無(wú)可動(dòng)機(jī)械零件，因此可靠性高,維護(hù)量??；渦街流量計(jì)參數(shù)能長(zhǎng)期穩(wěn)定。渦街流量計(jì)采用壓電應(yīng)力式傳感器,可靠性高，可在-20℃～+350℃的工作溫度范圍內(nèi)工作，有模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),也有數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，容易與計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)配套使用,是一種比較*、理想的流量?jī)x表。
主要特點(diǎn)：
?精度較高，液體測(cè)量精度為±1.0%；氣體測(cè)量精度為±1.5%
?壓損小，約為孔板流量計(jì)的1/4，屬于節(jié)能流量?jī)x表
?安裝方式靈活，可水平，垂直和不同角度傾斜安裝
?采用消擾電路和抗震動(dòng)傳感頭，具有一定抗壞境震動(dòng)性能
?無(wú)可動(dòng)部件，儀表壽命長(zhǎng)
技術(shù)參數(shù)：
儀表型號(hào) | HLLU-N | HLLU-A | HLLU-B | HLLU- C | HLLU- D1/D2 |
信號(hào)輸出 | 脈沖 | 4-20mA | 無(wú) | 4-20mA | 可選4-20mA或脈沖 |
供電電源 | 24VDC±15% | 24VDC±15% | 鋰電池 | 24VDC±15% | 24VDC±15%和鋰電池 |
通訊接口 | 無(wú) | 無(wú) | 無(wú) | 可選RS485 | 可選RS485 |
精度等級(jí) | 液體：1.0級(jí) | 液體：1.0級(jí) | 液體：1.0級(jí) | ||
顯示器 | 無(wú) | 有 | 有 | ||
儀表材質(zhì) | 304SS | 304SS | 304SS | ||
防爆等級(jí) | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 | 可選ExiaIICT5或ExdIIBT6 | ||
防護(hù)等級(jí) | IP65 | IP65 | IP65 | ||
整機(jī)功耗 | ＜1W | ＜1W | ＜1W | ||
儀表通經(jīng) | DN15~DN300 | DN15~DN300 | DN15~DN300 | ||
安裝方式 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 | 法蘭夾持或一體化法蘭連接 | ||
耐壓等級(jí) | 可選1.6MPa或2.5MPa | 可選1.6MPa或2.5MPa | 可選1.6MPa或2.5MPa | ||
介質(zhì)溫度 | -40℃~250℃、-40℃~350℃ | -40℃~250℃、-40℃~350℃ | -40℃~250℃、-40℃~350℃ | ||
環(huán)境溫度 | -20℃~55℃ | -20℃~55℃ | -20℃~55℃ | ||
測(cè)量范圍：
儀表口徑（mm) | 液體流量范圍(m3/h) | 氣體流量范圍(m3/h) |
15 | 0.4～4 | 3～12 |
20 | 0.8～8 | 6～30 |
25 | 1.2～12 | 9～55 |
32 | 2～20 | 12～120 |
40 | 3～30 | 20～200 |
50 | 5～50 | 30～300 |
65 | 8～80 | 50～500 |
80 | 12～120 | 80～800 |
100 | 20～200 | 120～1200 |
125 | 30～300 | 200～2000 |
150 | 40～400 | 300～3000 |
200 | 75～750 | 500～5000 |
250 | 110～1100 | 800～8000 |
300 | 160～1600 | 1100～ |
(300) | 160～1500 | 1560～ |
(400) | 180～3000 | 2750～ |
(500) | 300～4500 | 4300～ |
(600) | 450～6500 | 6100～ |
(800) | 750～10000 | 11000～ |
(1000) | 1200～17000 | 17000～ |
>(1000) | 協(xié)議 | 協(xié)議 |
注：表中（300）—（1000）口徑為插入式。
