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涡街流量计文献综述
点击次数:发布时间:2011-06-11 09:03

涡街流量计自上世纪70年月投放市场以来,深受昌大用户欢送,现时已遍及使用于石油化工、冶金、平板、轻纺、制药等工业范围中,举措管道中液体、气体、蒸汽的计量和工业历程节制中不成缺少的流量测量仪表。涡街流量计适用的管道口径往常在300mm以下,测量的精准度关于液体大致在±O.5%~士1%,关于气体在±1%~±2%,重复性往常为0.2%~0.5%。涡街流量计虚伪用于测量低雷诺数(ReD≤2×104)流体,往常液体均匀流速下限为0.5m/s,气体为4~5m/s。

现时,日本横河(Yokogawa)电机股份有限公司出产的涡街流量计在国际市场上的盘踞率最高。此外,ABB公司、Eastech公司、Foxboro公司、Rosemount公司等出产的涡街流量计也占有了必需的市场份额。不一公司出产的产物具有不一的特点,绝伦是在涡街发生体的外形设计上,各有所长,有梯形、长方形、T形,还有多发生体等,对涡街旌旗灯号的检测也有不一办法,选用的元件有压电元件、热敏元件、超声波、电容元件等,在涡街旌旗灯号措置上为举高测量精度,也有各自独有的一些专利技艺。

涡街流量计属于开展中流量计,无论在理论钻研仍然实际使用中,都有一些还未处理的疏忽,近年来,惹起了国内外遍及的关切,绝伦在以下几方面进行了多量钻研。

(1)对旋涡离异依序的钻研

涡街流量计的测量道理是基于钝体绕流景象,既当流体绕流非流线形物体(又称钝体)时,在必需流停工况下会发生钝体后部的旋涡衰落景象,旋涡衰落的频率与流体活动速度之间永存必需联系关系,应用这一联系关系,甘心容许对旋涡频率的检测完成流量的测量。对钝体绕流疏忽的钻研至今已有一百多年的前史。1912年卡门(VonKamman)编制地钻研了涡街的形成和安然性等疏忽,使钝体绕流钻研上升到一个新的高度。国际上对流体绕流物体诱发振撼的大规划钻研管事是在20世纪50年月初步的,至今已发布了多量钻研论文,取得了一系列钻研效果。但是,钝体绕流景象是一种繁琐的活动景象,触及到活动的离异、旋涡的生成和衰落、旋涡的互相干扰等疏忽,遭到诸如流体流停工况、紊流度、柱体方式和光亮度等很多要素的影响,当然驰过深远的钻研,有了必需的发家,但个中很多枝节的理论疏忽仍然没有取得令人中意的后果,并永存着不一的观念和钻研办法,绝伦是在高雷诺数前提下的绕流疏忽尚待进一步钻研。所以,对流体绕流时旋涡衰落特征的钻研,关于深化和开展流身体学中的旋涡活动理论具有主要的学术意义。

在旋涡衰落形式上,Gerrard在文献中对尾流中的涡街形成机制给出了一种物理描画,提出剪切层互相功用形式,即涡街形成的决议计划性要素是物体后的二个离异剪切层的互相功用。凭证这一理论,Bently辨别在1996年和2003年设计出多种外形的双发生体涡街流量计,来举高测量功能,并索要必需结果。其他科研管事者Perry,Coutancean等也对尾流特征进行了深入钻研,提出尾迹怒放形式、二次涡振荡形式和近尾迹一定焦躁然形式等涡街形成理论。Zdravkovich在他的综述性文章中,也对各类不一涡街形式进行了论述,提出涡街形成机制并不是连合的和独一的,会永存变异,绝伦是当雷诺数不一时,革新会更大。这些钻研后果大单方面是甘心容许实验观测取得的,在理论上还有待于作进一步分析和论证。

旋涡脱落伍的流场特征与钝体外形和雷诺数严密相关。近年来跟着筹划机技艺的提高,数值仿真理论的开展,对流场特征的钻研从二维拓展到三维,从低雷诺数拓展到高雷诺数,设立更切近于实际的数学模子,来分析流体绕流后的活动特征。钝体的外形千变万化,比较有类型意义的是圆柱、方柱和梯形柱,其他外形可以由此演化而得。Williamson在文献中,甘心容许对三维钝体绕流在比较宽的雷诺数局限内进行了钻研,分析了Strouhal数和压力系数与雷诺数的联系关系,察觉了一些原先在二维钻研中没有琢磨到的新的景象。跟着雷诺数的上升,尾流从层流涡街向湍流涡街改变,并观察到涡街的三维特征,如流体绕过圆柱钝体后呈现的涡的位错,涡街的倾斜,相位的渐变和扩展等。Goujon-Durand等在文献中,甘心容许可视化实验技艺观察和分析了梯形钝体后的涡街动态特征,用激光多普勒测速仪测量了尾流中流体速度,取得由涡街惹起的速度周期性动乱的最大幅值及呈现的位置与雷诺数联系关系,发当今钝体后不一位置,速度的动乱幅值是不一的,跟着涡向拙劣运动,速度幅值先上升,在某一位置来到最大值后,再迟笨衰减。速度最大幅值和呈现位置与雷诺数知足必需联系关系。Kahawita在文献中,用分步样条算法对上述实验进行数值仿真,取得了相通的后果,证实了该算法的有用性。文献顶用此算法对不一的梯形外形进行数值筹划,得出梯形外形参数中高度是影响Strouhal数的首要要素。

对涡街流场的数值仿真筹划也从二维的过渡到三维的,湍流方程的求解也有多种办法,如雷诺均匀,大涡因袭,涡办法等。文献中,选用了各类数值算法对不一外形钝体不一雷诺数进行仿真筹划,在低雷诺数前提下,后果较好,多半能有用的仿真和推测涡街的形成和开展历程,Strouhal数的筹划精度也较高。在高雷诺数形式下,涡街的形成机制较繁琐,还有待于进一步深入钻研。数值仿果真算法也有待于改良,盼望取得既有较高的求解精度,又能调低筹划机内存和筹划时辰央求的新算法。

(2)对旋涡(涡街)发生体外形的钻研

旋涡发生体是涡街流量计的环节部件,仪表的流量特征(仪表系数、线性度、局限度等)和阻力特征都与它的几何外形、几何参数和枚举路途严密相关。但旋涡发生体几何参数至今还没有比较精干的筹划办法,大多甘心容许实验一定,现时用的比较多的是圆柱、三角柱、矩形柱、梯形柱和T形柱等5种。为了取得较好的仪表功能,国内外科研管事者甘心容许实验和数值仿真筹划,在改进旋涡发生体外形和多旋涡发生体方面进行了一些有益的探索。

Miau等在文献中,对T形旋涡发生体外形,绝伦是T形的延伸段长度L和迎流面宽度D之比值L/D进行了钻研,不一的L/D,取得的涡街旌旗灯号不一,驰过一系列实验后,取得L/D的值在1.56~2.0时,涡街旌旗灯号强,信噪比高,而且仪表线性度最好。Nakamura在文献中,对各类带有延伸段的发生体作了更详细的钻研,发生体的前段外形有圆形、半圆形、半圆形与矩形化合、矩形和三角形等,宽度为D,还变换发生体背面延伸段长度L,察觉对St数影响最大的要素是L/D而不是发生体外形,St数跟着L/D上升而减小,这是由于发生体延伸段长度会变换尾流涡街形成区域的流场结构,这将给涡街流量计中旋涡发生体外形和参数设计带来资助。Hans等在文献中,针对超声涡街频率检测办法,对不一外形的发生体,如:三角柱、梯形柱、倒三角柱(三角形的尖角举措迎流面)及带有螺纹的圆棒等,进行了分析,凭证取得旌旗灯号的时域及频域波形,感觉带有螺纹的3mm圆棒在100mm管道中具有最好的特征,而且压力流掉最小。

除了在单发生体外形参数方面的钻研除外,在双发生体及多发生体方面也有良多新的钻研报道。Olsen等对直径倾向带有必需宽度槽的圆柱发生体进行钻研,单圆柱发生体变为双半圆的双发生体,这时形成的涡街强度和安然性优于单圆柱发生体。Igarashi将这种双半圆发生体使用于涡街流量计,感觉其线性度、迅疾度和压损均比远古的梯形发生体要好。Bentley在文献中,分析了单、双发生体的涡街形成机制,重点钻研了双发生体不一外形不一位置的成立对测量的影响。Yih-Je-naJan等在文献中对双发生体的涡街流量计进行了数值仿真筹划。国内的龚兴起、彭杰纲等也先后钻研并研制了双发生体涡街流量计,生成的涡街具有较强的旋涡强度和较好的安然性,压力流掉小,而且能调低涡街流量计测量下限。

这些钻研首要还设立在实验根底上,迄今为止,还不成说哪一种外形可谓最佳。因而,在理论和实验上还需求进一步钻研,能给出旋涡发生体外形和参数通用的设计原则。

(3)对涡街旌旗灯号检测办法的钻研

流体甘心容许旋涡发生体后,伴随旋涡的形成和离异,在旋涡发生体方圆流懂得同步发生流速、压力革新和拙劣尾流周期振荡。根据这些景象可以进行旋涡离异频率的检测。现时常用的检测办法按传感器来分首要有:热敏元件,压电元件,电容元件,应变元件等,个中以压电元件使用最为遍及。对涡街旌旗灯号检测办法的钻研表当今对已有检测办法的改良和新传感技艺在涡街频率检测方面的使用。针对压电传感器在工业现场使用时永存的抗振性差的疏忽,Miau等人甘心容许实验证实了在压电物资外层包以橡胶,再在外观敷设一层硅膜,能有用减低压电晶体对外界振撼的迅疾度。日本横河电机有限公司钻研了旋涡升力和管道振撼惹起的应力分布的不一,察觉用两片反向修建的压电元件作检测元件,感触到由旋涡升力惹起的电荷量两倍于单个压电元件,而由外界惹起的干扰噪声能单方面取得抵消。

最近电子技艺的开展为涡街旌旗灯号的检测供应了很多新的手法。Han等在文献中,对超声检测涡街频率进行了一系列的分析,在旋涡发生体拙劣对称修建超声波发射换能器及汲取换能器,超声波在流体中传布时,遭到旋涡旌旗灯号的调制,经旌旗灯号措置后能取得涡街频率旌旗灯号。这种办法具非斗殴测量的优势,并具有较高的测量迅疾度,响应涡街发生体迎流面规范比往常的涡街流量计小,能有用的减小压损。但只适用于温度革新较小的气体和含气量很小的液体流量的测量。王波、周晓军等提出用光纤传感器检测涡街频率,应用光纤内光强度的革新来进行测量,这种办法能抗电磁干扰,抗情况噪声,具有电器绝缘性,但测量编制较繁琐,还在设计模子阶段。莫德举等在文献中提出在旋涡发生体拙劣修建常久磁铁和旌旗灯号电极,凭证电磁感应定律,用电磁法检测涡街频率。Beta等在文献中将电感传感器用于涡街频率的检测,取得了较好的结果。盼望在不久的明日,这些新型传感器取得连续履行和丰盈,在出产现场能取得遍及的使用。

(4)对涡街旌旗灯号分析及措置的钻研

涡街流量计在骨子上是流体振撼型流量计,因而在工业现场使用时,管道及各类配备振撼惹起的干扰会调低测量精度。近年来,国内外针对这一疏忽从涡街旌旗灯号措置的角度放宽了多量钻研。

Amadi-Echendu等初次提出选用谱分析办法分析涡街原始旌旗灯号,举高测量精度,并凭证原始旌旗灯号特点设立仿真旌旗灯号表达式,以监测编制运转。徐科军等也选用了多种谱分析办法措置涡街旌旗灯号。Blischke、蒙建波和徐科军等提出基于自适应建模的“自适应陷波办法”,陷波器把握一个特定的频率,此频率即为涡街频率,而且该频率简直不受带宽除外频率的影响。Menz将多传感器融合技艺使用于涡街频率测量,在旋涡发生体拙劣修建两路超声波传感器,涡街频率可甘心容许两种办法取得:一是直接甘心容许一路超声旌旗灯号取得,二是对两路超声旌旗灯号作相关措置,取得旋涡先后甘心容许两测量点的时辰来筹划涡街频率。最终的涡街频率是将两种测量道理按必需算法融合在总计后取得的,比常用的只用一路旌旗灯号的测量办法精度高。Hondoh在文献中,以微措置器为中心,选用频谱旌旗灯号措置技艺,应用旌旗灯号频谱分析的后果,排遣带通滤波器参数,以退避噪声,举高测量精度。徐科军、张涛等还提出用小波变换的带通滤波特征对涡街传感器旌旗灯号进行滤波,去除噪声,以便精确提取涡街频率音讯。对涡街旌旗灯号的分析和措置大多是设立在二次仪表根底上,真确投入实际使用还需求深入分析流体振撼源特征,设立一种通用旌旗灯号模板,处理干扰形式下涡街旌旗灯号和噪声旌旗灯号的离异,以精确取得涡街频率引。

除了上述钻研抢手处,国内外在涡街流量计智能化钻研方面也索要了必需效果,将涡街流量计用于多相流测量的钻研也有报道,限于篇幅,在此纷歧一胪陈。


 

 
  
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