蒸汽流量計的基本原理

在測量管道（dào）內（nèi）安裝一個非流線形的阻擋物體（下稱旋渦（wō）產生體），它可以是圓柱體、三角形體、矩形體和T形體等形狀。當流體衝擊旋渦產生體時，使流（liú）體在產生體兩邊交替分離出旋（xuán）渦，通常分離出的旋渦（wō）是不穩定（dìng）的。但卡爾曼經（jīng）過對穩態理論分析後得出結論，當

時，分離出的旋渦分布是穩定的，並形成了2條（tiáo）穩態的渦街。其中h為（wéi）旋渦產生體的寬度，l是同一渦街上麵（miàn）、後兩渦旋的距離。

流（liú）體具體在旋渦（wō）產生體分界而（ér）上產生旋渦的過（guò）程（chéng）是，*先流體衝擊旋渦產生體正麵（miàn）的表麵，使靠（kào）近（jìn）表麵的流（liú）體受到阻擋產生停頓或減緩流動；該部（bù）分流體在旋渦產生（shēng）體旁得到加速（sù）和聚集能量（liàng）。一旦到達產生體（tǐ）邊緣處時，阻擋麵積突然失去，這時旋（xuán）渦產生體旁靠近流體的流速快，而靠內流體的流速慢（màn），並靠外流速快的流體在產生體的背而形成回流，而且使流體流動出現時（shí）滯現象，從而使流體形成旋渦。隨著流（liú）體（tǐ）不斷的（de）流動，在產生體兩側後方形成（chéng）2條渦街（間圖4.1）。

這裏引入斯特勞哈爾的St係數，使旋渦分離的頻率f與旋渦產生體的寬度d和流（liú）體流速v有下列關係

同時，St的性能與雷諾係數Re有關。當雷諾（nuò）係數處於不同範圍時（shí），用圓柱體旋渦產生體（tǐ）阻（zǔ）擋流動流體產生旋渦分離的各（gè）種情況如圖4.2所示。

圖4.3表示（shì）蒸（zhēng）汽流量計在自由流體流（liú）動和采用圓柱體旋渦產生體情況下雷諾係數與St係數的（de）關（guān）係。在雷諾係數Re〈103起，St係數保持相對恒定。St係數定常的含義是使旋渦分離的頻率與流速成正比。在300〈Re〈3.10的定常範（fàn）圍內，St係數規定約為0.12.實際上St係數和雷諾係數之間具有相關性，一部分由不同雷諾係數的各種流動條件引起，另一部分（fèn）主要是采用圓（yuán）形旋渦產生體。根據雷諾係數不同，旋渦的分離點在圓柱（zhù）體表麵上移動，而沒有明確定義旋渦分離邊緣的界限。

在封閉通道中放置旋渦產生體分離旋渦，與在自由流體中放置旋渦產生體（tǐ）有明（míng）顯的不同。*大的區別是在旋渦產生體分離旋（xuán）渦的不同條件下流動（dòng）具有三（sān）重性，即（jí）幹擾旋渦的形成、旋渦產生體形成不同頻率的旋渦以及（jí）各種分離旋渦頻率產生不（bú）期望出現的疊加。這些（xiē）效應是由旋渦產生體和測量通道內壁的環流（liú）所造成，並引起被測旋渦分（fèn）離頻率與真正的分離頻率有（yǒu）偏（piān）差。另一個區別是旋渦產生體的阻流作用。當用測量通道的平均速度來定義時，按（àn）照不同的阻礙程度使流體加速，從而使（shǐ）被測得的St係數大（dà）於自由流動狀態（tài）的St係數（shù）。由實驗研究表明，在圓柱形旋（xuán）渦產生體和雷諾係數在1000一15000之間的情況（kuàng）下,St係數取0.20一0.21;當雷諾係數為100時，St係數為0.25。

圖4.4描述在自由流體流動和矩形旋渦產生體時雷諾係數（shù）Re與St係數的關係。通過圖4.3和圖4.4的比（bǐ）較，可以驗證對不同形狀的旋渦產生體在不同（tóng）的雷諾係數範圍內有不同的St係數。因為不同的（de）幾何尺寸取不同的St係數值，所（suǒ）以由Roshko引入一（yī）個“廣義”的（de）St係數。根據他的（de）理論，對所有（yǒu）渦（wō）街流量計類似的結構，使“廣義”St係數與旋渦產生體形狀無關（guān）。“廣義”St係數定義為（wéi）

式（shì）中d *---在旋（xuán）渦形成範圍內渦街間的間距;

    Vb---分界麵渦旋分（fèn）離點上的流體流速。

從上述情況來看，不同形狀的旋渦產生體使保（bǎo）持（chí）St係數恒定的雷（léi）諾係數（shù）變化範圍不同，而且St係數的恒定（dìng）數值大小也不同。但在d已知（zhī）的特定情況（kuàng）下，當某一範（fàn）圍內St係數為（wéi）常數時，使旋渦分離頻率（lǜ）與流體流速成正比。同樣經實踐證明，旋渦產生體的棱角邊緣對旋渦定位能產生很（hěn）好的效果。目（mù）前采用較多（duō）的產生體為矩形體和T形體（tǐ）。