在一定的雷諾數(shù)范圍之內(nèi),渦街流量計(jì)輸出頻率信號(hào)同流過測(cè)量管的體積流量之間的關(guān)系不受流體物性(密度、黏度)和組分的影響。即流量系數(shù)只與旋渦發(fā)生體及管道的形狀尺寸有關(guān),因此,只需在一種典型介質(zhì)中標(biāo)定其流量系數(shù)而適用于各種介質(zhì),這是渦街流量計(jì)的一大優(yōu)點(diǎn)。但若雷諾數(shù)超過這一范圍,就要產(chǎn)生影響了。
在流體流動(dòng)的管道中設(shè)置一個(gè)旋渦發(fā)生體(阻流體),于是在發(fā)生體下游的量?jī)?cè)就會(huì)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦。這種旋渦稱為卡曼渦街。此旋渦的頻率同各因素的關(guān)系可用式(8.5)表述,即
卡曼渦街
(8.5)
式中 ——發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡曼渦街頻率;
——斯特羅哈爾數(shù)(無量綱數(shù));
——流體的流速;
——旋渦發(fā)生體的寬度。
圖8.5所示為圓柱狀旋渦發(fā)生體的斯特羅哈爾數(shù)同雷諾數(shù)的關(guān)系。由圖可見,在 4~7×106范圍內(nèi),是曲線的平坦部分(Sr=1.7),卡曼渦街頻率與流速成正比,這是儀表正常工作范圍。在 =5×103~2×104范圍內(nèi),旋渦能穩(wěn)定發(fā)生,但因斯特羅哈爾數(shù)增大,所以流量系數(shù)須經(jīng)校正后才能保證流量測(cè)量精度。當(dāng)ReD<5×103后旋渦不發(fā)生或不能穩(wěn)定地發(fā)生。
斯特羅哈爾數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系
本節(jié)討論的是 =5×103~2×104的區(qū)間如何提高流量測(cè)量精度的問題。如果獲得可靠的校正系數(shù)并用適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)在線校正就能將測(cè)量精度提高,將范圍度顯著擴(kuò)大。
(2)雷諾數(shù)影響的校正 表8.2給出了YF100系列渦街流量計(jì)低雷諾數(shù)測(cè)量段的校正系數(shù)表。使用這一表格的方式也有在線計(jì)算和離線計(jì)算之分。其中在線計(jì)算法多在帶CPU的渦街流量變送器(傳感器)中使用,離線計(jì)算多在流量顯示表中用折線法實(shí)現(xiàn)校正時(shí)使用。
表8.2 雷諾數(shù)校正系數(shù)
雷諾數(shù)ReDi |
校正系數(shù)A |
雷諾數(shù)ReDi |
校正系數(shù)A |
5.5×103 |
0.886 |
2.0×104 |
0.990 |
8.0×103 |
0.935 |
4.0×104 |
1.000 |
1.2×104 |
0.964 |
|
|
所示為在線計(jì)算校正系數(shù)的程序框圖。圖中的Kt為流量系數(shù),D為測(cè)量管內(nèi)徑, 為流體黏度,qm為質(zhì)量流量。
離線計(jì)算就是計(jì)算滿量程的雷諾數(shù)和各典型流量點(diǎn)的流量值,然后制作折線,填入儀表的程序菜單,儀表運(yùn)行后,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。
(3)舉例
①已知條件
a.流體名稱:柴油
b.流體溫度:30℃
c.流體密度: 3
d.流體黏度: ·s
e.管道內(nèi)徑:D=0.05m
f.最大流量:qvmax=50m3/h
②計(jì)算
a.最大質(zhì)量流量qmmax的計(jì)算
qmmax=
b.最大流量時(shí)的雷諾數(shù)ReDmax的計(jì)算[使用式(8.2)]
ReDmax = 4
c.各典型流量點(diǎn)的體積流量qvi的計(jì)算
(8.6)
將表8.2中各典型流量點(diǎn)雷諾數(shù)代入式(8.6)得各點(diǎn)流量qvi,列于表8.3中。
表8.3 各特征點(diǎn)校正系數(shù)
流量值qvi/(m3/h) |
雷諾數(shù)ReDi |
校正系數(shù)A |
流量值qvi/(m3/h) |
雷諾數(shù)ReDi |
校正系數(shù)A |
2.976 |
5.5×103 |
0.886 |
10.823 |
2.0×104 |
0.990 |
4.329 |
8.0×103 |
0.935 |
21.645 |
4.0×104 |
1.000 |
6.494 |
1.2×104 |
0.964 |
50.000 |
9.24×103 |
1.000 |
這一方法可用來對(duì)黏度比水高一些的液體低流速段進(jìn)行誤差校正。
(4)在流量傳感器(變送器)中的實(shí)現(xiàn)
上面所述的雷諾數(shù)影響的校正是在流量二次表中完成的,適用于渦街流量計(jì)本身無校正能力的測(cè)量系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到流量一次表,有些渦街流量計(jì)本身也具備了這種校正功能。例如橫河公司的YF100系列E型渦街流量計(jì)中,是用4段折線實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)校正。折線的橫坐標(biāo)為旋渦頻率 ,其縱坐標(biāo)為校正系數(shù)A,如圖8.7所示。
在表8.3所示的例子中,可從表8.3中的流量值qvi按下式求取各特征點(diǎn)頻率 。
式中 ——體積流量,L/h或m3/h;
Kt——流量系數(shù),P/L或P/m3(1P=0.1Pa·s)。
然后將各點(diǎn)頻率和所對(duì)應(yīng)的校正值填入渦街流量計(jì)(變送器)菜單(第D21~D30條),并在“REYNOLDS ADJ”(雷諾數(shù)校正)項(xiàng)指定“1”(執(zhí)行),儀表運(yùn)行后,就能將雷諾數(shù)對(duì)流量系數(shù)Kt的影響自動(dòng)按下式進(jìn)行校正。
式中 ——校正后的流量系數(shù),P/L或P/m3;
A——校正值;
Kt——未經(jīng)校正的流量系數(shù),P/L或P/m3
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