1.引言(yan)
   渦街流(liu)量計 （或(huo)稱 旋渦(wo)流量計(ji) ）是一種(zhong)基于流(liu)體振蕩(dang)原理的(de)新型速(su)度式流(liu)量儀表(biao)。它的輸(shu)出信号(hao)是與流(liu)量成正(zheng)比的脈(mo)沖頻率(lü)信号或(huo)标準電(dian)流信号(hao)☂️，可遠🔴距(ju)離傳輸(shu)，并且輸(shu)出信号(hao)僅與流(liu)量有關(guan)，不受流(liu)體的溫(wen)度、壓力(li)、成分、粘(zhan)度和密(mi)度的影(ying)響。它具(ju)有量程(cheng)比寬，結(jie)構簡單(dan)，無運動(dong)件，檢測(ce)元件不(bu)接觸被(bei)測流體(ti)，具有測(ce)量精度(du)好、應用(yong)範圍廣(guang)、使用壽(shou)❄️命長等(deng)特點。因(yin)🍓此，渦街(jie)流量計(ji)自20世紀(ji)60年代末(mo)誕生以(yi)來，發展(zhan)異常迅(xun)速，許多(duo)研究者(zhe)進行了(le)大量的(de)工作，開(kai)發出了(le)衆多類(lei)型的渦(wo)街流量(liang)計，并大(da)量生産(chan)投放市(shi)場，像這(zhe)樣在短(duan)短幾年(nian)時間内(nei)就達到(dao)從實驗(yan)室樣機(ji)到批量(liang)生産過(guo)程的流(liu)量🐇計還(hai)是僅有(you)的。
   然而(er)，在經曆(li)了20世紀(ji)80～90年代的(de)“渦街熱(re)”以後，渦(wo)街流量(liang)計的㊙️發(fa)展放🥰慢(man)了步伐(fa)。由于對(dui)這種新(xin)型儀表(biao)的生産(chan)、設計、選(xuan)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻型和應(ying)用方面(mian)的經驗(yan)不足，面(mian)對各行(hang)各業千(qian)差萬别(bie)的現場(chang)和測量(liang)對象，有(you)些問題(ti)逐步暴(bao)露出來(lai)，如安裝(zhuang)條件☔和(he)方式對(dui)測量的(de)影💯響等(deng)。對于安(an)裝條件(jian)（即各種(zhong)使用條(tiao)件下所(suo)必須✌️的(de)直管段(duan)長👌度）的(de)要求，不(bu)同儀表(biao)廠家都(dou)會給出(chu)一個比(bi)較合理(li)🐕的建議(yi)值。但是(shi)，對于安(an)裝🈚方式(shi)（即 流量(liang)計 水平(ping)安裝或(huo)垂直安(an)裝）給渦(wo)街流量(liang)計造成(cheng)的影響(xiang)，一般都(dou)沒🈚有☂️涉(she)及。本文(wen)通過相(xiang)同條件(jian)下的實(shi)驗研究(jiu)，定量地(di)讨論和(he)比較了(le)水平、垂(chui)直兩種(zhong)安裝方(fang)式對渦(wo)街💁流量(liang)計測量(liang)的影響(xiang)。
2．渦街流(liu)量計測(ce)量原理(li)
   在流體(ti)中垂直(zhi)于流向(xiang)插入一(yi)根非流(liu)線型柱(zhu)狀物體(ti)（即旋‼️渦(wo)發生體(ti)），當流速(su)大于一(yi)定值時(shi)，在柱狀(zhuang)物兩側(ce)💛将産生(sheng)兩排旋(xuan)轉方向(xiang)相反、交(jiao)替出現(xian)的非對(dui)稱的旋(xuan)‼️渦列（即(ji)💋卡門渦(wo)街），如圖(tu)1所示，通(tong)過檢測(ce)渦街産(chan)生的頻(pin)🔆率，根據(ju)有關的(de)關系式(shi)得到流(liu)體的流(liu)量。

設旋(xuan)渦的發(fa)生頻率(lü)爲f，被測(ce)介質來(lai)流的平(ping)均速度(du)爲u，旋渦(wo)發💰生體(ti)迎面寬(kuan)度爲d，管(guan)道内徑(jing)爲D，根據(ju)卡門渦(wo)街原理(li)，有如下(xia)關系式(shi)：

式中u1爲(wei)旋渦發(fa)生體兩(liang)側的平(ping)均流速(su)，m/s；St爲斯特(te)勞哈爾(er)數，量綱(gang)♉爲1；m爲旋(xuan)渦發生(sheng)體兩側(ce)弓形面(mian)積與管(guan)道橫截(jie)面面積(ji)之比，量(liang)綱爲1。
管(guan)道内流(liu)體的體(ti)積流量(liang)qv爲：
式中(zhong)K爲渦街(jie)流量計(ji)的儀表(biao)系數，Hz/(m3/h)。
式(shi)（3）就是渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)的基本(ben)關系式(shi)，其中K除(chu)與旋👣渦(wo)😍發生體(ti)👄、管道的(de)幾何尺(chi)寸有關(guan)外，還與(yu)斯特勞(lao)哈爾數(shu)有關。斯(si)💃🏻特勞哈(ha)爾數爲(wei)無量綱(gang)參數，它(ta)與旋♉渦(wo)發生體(ti)形狀及(ji)雷諾數(shu)有關，在(zai)ReD = 2×104 ~ 7×106範圍内(nei)，St可視爲(wei)常數，這(zhe)是儀表(biao)正常工(gong)作範圍(wei)。同時可(ke)以看到(dao)，渦街流(liu)量計輸(shu)出的🙇🏻脈(mo)沖頻率(lü)信号不(bu)受流體(ti)❓物性和(he)組分⛷️變(bian)化的影(ying)響，即儀(yi)表系數(shu)在一定(ding)雷諾數(shu)範圍🥵内(nei)僅與旋(xuan)渦發生(sheng)體及管(guan)道的形(xing)狀尺寸(cun)等有關(guan)。
3. 渦街流(liu)量計的(de)安裝方(fang)式
   在工(gong)程實際(ji)應用中(zhong)，渦街流(liu)量計通(tong)常有如(ru)圖2所示(shi)的幾種(zhong)安裝❄️方(fang)式[10]，其中(zhong)（a）、（b）、（c）三種方(fang)式都屬(shu)于水平(ping)安裝；（d）則(ze)爲渦街(jie)流量計(ji)的垂直(zhi)❄️安裝。對(dui)不同的(de)流體應(ying)采用不(bu)同的安(an)裝方式(shi)。普通液(ye)體、氣體(ti)、含✊水量(liang)液體的(de)氣體、低(di)溫🙇‍♀️氣體(ti)和液體(ti)、含微量(liang)✔️固體顆(ke)粒的液(ye)體和🈲氣(qi)體等可(ke)采用（a）、（c）、（d）方(fang)式安裝(zhuang)；高溫液(ye)體、高溫(wen)氣體、蒸(zheng)汽🐉可采(cai)用（b）、（c）、（d）方式(shi)安裝；濕(shi)飽和蒸(zheng)汽可采(cai)用（a）、（c）、（d）方式(shi)安裝；液(ye)－氣（含微(wei)量氣體(ti)）、液－固（含(han)微量固(gu)體）和液(ye)－液兩項(xiang)流中，如(ru)果氣、固(gu)相不超(chao)出可測(ce)量範圍(wei)，建議首(shou)先采用(yong)（d）方式安(an)裝。

4. 實驗及(ji)結果讨(tao)論
4.1 實驗(yan)裝置與(yu)過程
   實(shi)驗裝置(zhi)結構如(ru)圖3所示(shi)，水穩壓(ya)罐爲管(guan)路提供(gong)恒定的(de)🏒水壓，使(shi)實驗時(shi)流量穩(wen)定，水流(liu)量的大(da)小由調(diao)節閥來(lai)調💛節，流(liu)量範圍(wei)爲2～20 m3/h。電磁(ci)流量計(ji)作爲标(biao)準流量(liang)表給出(chu)進入實(shi)驗段💯的(de)水的标(biao)準流🌍量(liang)值，精度(du)爲0.5％。渦街(jie)流量計(ji)分别按(an)♊照水平(ping)和垂直(zhi)兩種方(fang)式安裝(zhuang)♻️在實驗(yan)管路中(zhong)，它們都(dou)具有足(zu)夠長的(de)🌂前、後直(zhi)管段長(zhang)度，并且(qie)其👉它🔱安(an)裝條件(jian)都嚴格(ge)按照規(gui)定的要(yao)求。渦街(jie)流量☀️計(ji)的信号(hao)通過🙇‍♀️示(shi)波器采(cai)集，采樣(yang)頻率選(xuan)用1000 Hz，每組(zu)數據包(bao)含2500點。

4. 2 實(shi)驗結果(guo)與分析(xi)
   分别對(dui)在水平(ping)和垂直(zhi)兩種安(an)裝方式(shi)時測得(de)的渦街(jie)👉信🈲号進(jin)🚶‍♀️行快速(su)傅裏葉(ye)變換（FFT），可(ke)以得到(dao)渦街頻(pin)率值，圖(tu)4給出💋了(le)渦⛱️街頻(pin)率與流(liu)量之間(jian)的關系(xi)。從圖中(zhong)可以看(kan)出，兩者(zhe)之間的(de)差别很(hen)小。再分(fen)别對測(ce)得的✉️渦(wo)街率與(yu)流量做(zuo)零截距(ju)最小二(er)乘拟合(he)，得到水(shui)平、垂直(zhi)安裝的(de)渦街流(liu)量計🈲儀(yi)表系數(shu)分别爲(wei)2.5202 Hz/(m3/h)和2.5198 Hz/(m3/h)，相對(dui)☎️誤差小(xiao)于0.02%。可見(jian)，在安裝(zhuang)方式對(dui)👨‍❤️‍👨渦街流(liu)量計的(de)💯測量影(ying)響很小(xiao)，可以忽(hu)略。

   爲(wei)了進一(yi)步研究(jiu)渦街流(liu)量計安(an)裝方式(shi)的影響(xiang)，本文💋還(hai)比較了(le)在水平(ping)和垂直(zhi)兩種方(fang)式下的(de)渦街信(xin)号的幅(fu)度。圖5給(gei)出了渦(wo)街信号(hao)幅度與(yu)流量之(zhi)間的關(guan)系，可以(yi)看出信(xin)号幅度(du)都與🙇‍♀️流(liu)量成近(jin)似二次(ci)方👨‍❤️‍👨關系(xi)，在相🔞同(tong)流量下(xia)，信号幅(fu)度基本(ben)上相等(deng)，這說明(ming)🔅渦街流(liu)量計安(an)裝方式(shi)對其信(xin)号幅度(du)影響很(hen)小，也👨‍❤️‍👨即(ji)旋渦的(de)能⛱️量🌈（正(zheng)比于幅(fu)度的🏃‍♀️平(ping)方）幾乎(hu)不受影(ying)響。但是(shi)，仔細比(bi)較可以(yi)發現，渦(wo)街流量(liang)計水平(ping)安裝時(shi)的信号(hao)幅度略(lue)大于垂(chui)直安裝(zhuang)的情況(kuang)😄，這裏可(ke)定性地(di)理解爲(wei)，當渦街(jie)流量計(ji)垂直安(an)裝時部(bu)分旋渦(wo)能量因(yin)爲克服(fu)重力而(er)耗散♋，使(shi)得渦街(jie)流量計(ji)傳感器(qi)☎️感測到(dao)的渦街(jie)能量變(bian)少🌈，從而(er)造成信(xin)号幅度(du)減小。

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