随着科学技术的发展,工业生产对流量测量的准确性要求越来越高,尤其是气体和气液两相流的质量流量测量,已经成为一项前沿性难题。单组分的气体流量还有热式质量流量计可以应用,而对于变组分的气体质量测量目前尚无成熟的流量计可以应用。漩涡式气体质量流量计是在深入研究卡曼涡街原理基础上而开发的。流量计的核心是传感器和双通道信号检测电路。

漩涡是一种流动现象,在充满流体的管道中垂直于流体流向插入一个漩渴发生体,当流体的流量增大到一定程度时,会在漩涡发生体的下游侧形成一系列的漩涡,并且漩涡发生体两侧产生的漩涡是周期交替出现的,如图1所示。

当产生的稳定漩涡列满足公式h=1.3b((h是两涡列之间的距离)时,漩涡发生的频率f与被测流体的流速之间有以下关系:f=St*v1/b (1)式中:v为漩涡发生体两侧的平均流速;b为漩涡发生体迎流面的ZUI大宽度;St为斯特劳哈尔数(无量纲,漩涡发生体的形状确定后,在一定的雷诺数范围内为常数)。此时,流过管道和漩涡发生体两侧的流体体积流量qv为:qv=A1*b/St*f  (2)式中:A1为管道漩涡发生体两侧的流通截面积。

目前的漩涡流量计就是采用上述原理来测量流量的。伴随着漩涡的产生,在漩涡发生体的周围产生循环流,当漩涡在发生体一侧分离时,发生体受到的横向变动升力FLf大小为：FLf=士CLf×0.5pv12So  (3)式中,CLf为横向升力系数;p为被测流体密度;So为漩涡发生体在流动方向上的投影面积。

(3)式除以(1)式可以消掉一个公共变量p1,得出质量流量qm:FLf/土bSoCLf/2St*pv1=Kpv1=Kqm 

根据(4)式,当仪表系数K为常数时,FLf和f之商就表示被测流体的质量流量qm。而在漩涡发生体的几何形状确定后,b、So、CLf都是常数,当被测流体的流速大到一定程度时,St也为常数,故K是一常数。这就是漩涡式质量流量计的测量原理详细的实验资料表明,CLf是雷诺数Re和漩渴发生体形状的函数,如图2所示,其中当漩涡发生体的形状为梯形、矩形、三角形时,横向升力系数分别为0.92,0.62,0.80。综上所述,如果实现了f和FLf的测量,并进行除法运算,就能进行质量流量的测量。

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