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雷诺数对涡街流量计的影响

    在一定的雷诺数范围之内,涡街流量计输出频率信号同流过测量管的体积流量之间的关系不受流体物性(密度、黏度)和组分的影响。即流量系数只与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关,因此,只需在一种典型介质中标定其流量系数而适用于各种介质,这是涡街流量计的一大优点。但若雷诺数超过这一范围,就要产生影响了。
    在流体流动的管道中设置一个旋涡发生体(阻流体),于是在发生体下游的量册就会交替地产生有规则的旋涡。这种旋涡称为卡曼涡街。此旋涡的频率同各因素的关系可用式(8.5)表述,即
 卡曼涡街
  (8.5)
式中   ——发生体一侧产生的卡曼涡街频率;
——斯特罗哈尔数(无量纲数);
* ——流体的流速;
* ——旋涡发生体的宽度。
图8.5所示为圆柱状旋涡发生体的斯特罗哈尔数同雷诺数的关系。由图可见,在  4~7×106范围内,是曲线的平坦部分(Sr=1.7),卡曼涡街频率与流速成正比,这是仪表正常工作范围。在 =5×103~2×104范围内,旋涡能稳定发生,但因斯特罗哈尔数增大,所以流量系数须经校正后才能保证流量测量精确度。当ReD<5×103后旋涡不发生或不能稳定地发生。
  斯特罗哈尔数与雷诺数的关系
本节讨论的是  =5×103~2×104的区间如何提高流量测量精确度的问题。如果获得可靠的校正系数并用适当的方式实现在线校正就能将测量精确度提高,将范围度显著扩大。
(2)雷诺数影响的校正 表8.2给出了YF100系列涡街流量计低雷诺数测量段的校正系数表。使用这一表格的方式也有在线计算和离线计算之分。其中在线计算法多在带CPU的涡街流量变送器(传感器)中使用,离线计算多在流量显示表中用折线法实现校正时使用。
表8.2  雷诺数校正系数

雷诺数ReDi

校正系数A

雷诺数ReDi

校正系数A

5.5×103

0.886

2.0×104

0.990

8.0×103

0.935

4.0×104

1.000

1.2×104

0.964

 

 

所示为在线计算校正系数的程序框图。图中的Kt为流量系数,D为测量管内径,  为流体黏度,qm为质量流量。
  离线计算就是计算满量程的雷诺数和各典型流量点的流量值,然后制作折线,填入仪表的程序菜单,仪表运行后,实现自动校正。
(3)举例
 ①已知条件
a.流体名称:柴油
b.流体温度:30℃
c.流体密度:  3
d.流体黏度:  ·s
e.管道内径:D=0.05m
f.最大流量:qvmax=50m3/h
②计算
a.最大质量流量qmmax的计算
qmmax= 
b.最大流量时的雷诺数ReDmax的计算[使用式(8.2)]
ReDmax  =  4
c.各典型流量点的体积流量qvi的计算
               (8.6)
  将表8.2中各典型流量点雷诺数代入式(8.6)得各点流量qvi,列于表8.3中。
表8.3  各特征点校正系数

流量值qvi/(m3/h)

雷诺数ReDi

校正系数A

流量值qvi/(m3/h)

雷诺数ReDi

校正系数A

2.976

5.5×103

0.886

10.823

2.0×104

0.990

4.329

8.0×103

0.935

21.645

4.0×104

1.000

6.494

1.2×104

0.964

50.000

9.24×103

1.000

这一方法可用来对黏度比水高一些的液体低流速段进行误差校正。
(4)在流量传感器(变送器)中的实现
    上面所述的雷诺数影响的校正是在流量二次表中完成的,适用于涡街流量计本身无校正能力的测量系统。随着计算机技术渗透到流量一次表,有些涡街流量计本身也具备了这种校正功能。例如横河公司的YF100系列E型涡街流量计中,是用4段折线实现此项校正。折线的横坐标为旋涡频率  ,其纵坐标为校正系数A,如图8.7所示。
 在表8.3所示的例子中,可从表8.3中的流量值qvi按下式求取各特征点频率  。
式中   ——体积流量,L/h或m3/h;
      Kt——流量系数,P/L或P/m3(1P=0.1Pa·s)。
然后将各点频率和所对应的校正值填入涡街流量计(变送器)菜单(第D21~D30条),并在“REYNOLDS  ADJ”(雷诺数校正)项指定“1”(执行),仪表运行后,就能将雷诺数对流量系数Kt的影响自动按下式进行校正。
           
式中    ——校正后的流量系数,P/L或P/m3;
        A——校正值;
        Kt——未经校正的流量系数,P/L或P/m3


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