涡街流量计:CFD视角下的流量测量新视角

关键要点

  • 涡街流量计广泛用于过程工业,以测量体积和质量流量。
  • 涡旋脱落的频率与液体通过流量计的速度之间存在直接关系,用于体积测量。
  • 在阻流体的每一侧形成的交替涡流的重复模式称为卡门涡街,涡流脱落的效果称为冯卡门效应。


气体、液体和蒸汽的体积测量在包括化学、石化、化肥和钢铁行业以及热电厂在内的各种行业中都是必不可少的。测量流体体积流量的常用仪器是涡街流量计。

涡街流量计可以测量不同的流体,例如压缩空气、液化气、过热蒸汽、溶剂、导热油、饱和蒸汽、烟道气、完全软化水等等。

让我们仔细看看涡街流量计的全部内容。

涡街流量计:基础知识

涡街流量计广泛用于过程工业,以测量体积和质量流量。这些仪表具有多种优势:

  • 安装简单。
  • 测量范围广。
  • 对小流量变化高度敏感。
  • 由于压力和温度变化的补偿方案,性能卓越。
  • 高精度测量。
  • 没有移动部件,需要较少的维护和修理。
  • 故障概率较低。

涡街流量计利用了液体绕钝体流动时的自然现象。涡街流量计的工作原理称为“涡街流量计”。漩涡脱落是指漩涡或漩涡在物体的下游交替脱落。涡旋脱落的频率与液体通过流量计的速度之间存在直接关系,用于体积测量。

接下来,我们将深入了解旋涡脱落过程。

涡流脱落期间会发生什么?

涡流脱落是西奥多·冯·卡门 (Theodor Von Karman) 发现的一种自然现象。当将阻流体或非流线型物体放置在快速流动的流道中时,流体会从物体分离到两个下游侧。当边界层分离并卷回自身时,它还会形成涡流(也称为涡流或漩涡)。涡流之间的间隔是恒定的,取决于阻流体的大小。

在阻流体的两侧,产生涡流并经历更高的流体速度和更低的流体压力。涡流的长度和大小随着它向下游移动而增加。最终,它从虚张声势的物体上分离并脱落。随后,在阻流体的另一侧形成涡流。在钝体两侧形成的交替涡流的重复模式称为卡门涡街,涡流脱落效应称为冯卡门效应。

涡街流量计设计

涡街流量计的主要部件是:


  1. 虚张声势

钝体是垂直于管道轴线放置的非流线型物体。管道通常由不锈钢制成。通过管道,流体围绕阻流体流动。如前所述,涡流的频率与介质的速度成正比。该涡流脱落频率用于确定体积质量流量。

CFD学习:涡街流量计概述的图2

St为斯特劳哈尔数,f为旋涡脱落频率,v为流速,d为体宽。

  1. 传感器组件

使用传感器组件记录涡流在阻流体两侧产生的压力和速度振荡。传感器产生线性数字输出信号。

  1. 发射机

变送器用于将传感器输出转换成4-20mA之间的电流信号。变送器将传感器的零和满量程读数分别转换为 4 和 20mA。

涡街流量计的类型

涡街流量计可根据其钝体形状进行分类。线性度、雷诺数限制和灵敏度等特性会根据钝体形状略有不同。典型的钝体形状包括 T 形、矩形、方形和梯形。

根据传感器的类型,涡街流量计可分为:

  1. 基于压电式传感器的流量计
  2. 基于电容式传感器的流量计

涡流流量计中装有内部和外部传感器,用于检测压力振荡和速度变化。

使用涡街流量计获得智能测量

涡街流量计是为应对智能工业环境而开发的。目前的涡流流量计测量涡流频率和涡流脉冲强度,以检测体积和质量流量。Cadence 的 CFD 工具可以精确捕获涡流脱落,并可以帮助工程师进行分析以获取更多信息。


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