涡街流量计文献综述1.pdf

涡街流量计文献综述引言随着国民经济的发展和现代生产过程自动化程度的不断提高, 流量作为主 要的过程参数之一 , 已成为判断生产过程的效率. 工作状况及经济性能的重要 指标. 因此测量流体流量的流量计的地位日趋突出. 下面主要对涡街流量计的发 展史及其技术动向进行综述1国内外研究状况及发展史世界上最早研究涡街现象的人是匈牙利物理学家斯特劳哈尔(Strouhal) 1878年他指导进行了系统的旋涡形成试验，并论述了旋涡尾流的基本特征 他的 试验第一次发现旋涡分离频率正比于相对流速后来，人们把表示旋涡频率、 阻 流体特征宽度与流速之间的相似准则数命名为斯特劳哈尔数1912年德国科学家冯 2卡曼 (Von. Karman) 从数学上证明阻流体下游旋涡列 的稳定条件， 这种稳定的旋涡列被称为卡曼涡街有趣的是， 早期研究涡街现象 主要目的是为了防灾研究涡街的规律性、阻流体产生旋涡分离时受力的情况， 以寻找减小或避免涡街形成和它的破坏作用的方法应用卡曼涡街原理测量流速 的设想，最先见于 1935年美国专利 1954年罗什科 (Roshko) 提出用涡街原理测量 风速的可能性， 并进行了相关的试验 1960年在日本志波号船上进行了船速测量 试验。

以上这些研究和试验工作， 都是基于二维流条件下进行的， 这与封闭管道中 存在的三维流是不同的 20世纪60年代中期，日本和美国的一些学者研究控制边 界层的方法产生二维流取得效果60年代末期，日本横河电机株式会社研制成功 用圆柱形旋涡发生体和热丝作检测元件的热敏式VSF ；几乎同时，美国伊斯特克 (Eastech) 公司也研制成功用三角柱作旋涡发生体，用热敏电阻作检测元件的热 敏式VSF 这两种流量计都在工业管道流量测量中获得应用，并表现出其他诸多 流量计所不具备的特点，引起同行和工业界用户的关注，成为VSF 的先导进入 20世纪70年代， VSF表现出强劲的发展势头 世界各著名仪表公司纷纷技入开发， 相继推出超声式、电容式、应变式、振动体式等多种VSF 20世纪80年代， VSF 的发展方兴未艾，继续推出的新产品有应力式、光电式、差动开关电容式 VSF 等，产品日臻完善，应用范围逐步扩大至20世纪80年代后期，美国、日本和西 欧各国分别有 10家左右企业生产各种 VSF 据有关资料介绍， 1987年世界 VSF 总 产量已接近 4万台20世纪80年代VSF 发展的另一个重要方面是美国、日本、德国 和中国都相继制定了本国的产品标准，这标志着VSF 的制造、开发进入规范化时 代。

VSF 的国际标准已在制定，国际标准化组织ISO己提出了标准草案在我国 VSF 的发展也令人瞩目 20世纪70年代初，几家科研单位和仪表厂先 后投入研发工作，至20世纪80年代初，先后研制成功热敏式、 超声式、应变式 VSF 20世纪80年代中期之后，发展势头更旺，应力式VSF 成为热点据统计，全国开发、 生产VSF 单位已达 20余家几家有条件的企业开始与日本、美国、德国洽谈 技术引进，从 20世纪80年代后期开始，陆续引进日本横河、美国Eastech、德国E 十H 和日本 OVAL 公司的应力式、 热敏式、振动体 (圆盘) 式和电容式 VSF 产品国内 其他企业仍以应力式为主导产品随着微电子技术发展和单片机应用， VSF向一 体化、多参数检测、智能化方向发展 20世纪90年代中期，国外出现了智能型 VSF “ 九五“期间 (l996~2000 年) 国内也开发了智能型现场总线VSF 这类产品的性能 和功能比传统产品有新的提高据专家最新调查估计，到2004年初，我国生产、 开发VSF 的单位已超过 200家，年产量超过 3万台2技术焦点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 ≤23104)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， 特别在以下几方面进行了 多量钻研2.1 对旋涡发生体外形的研究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目前利用流体振动原理设计的漩涡型流体振动流量计有两种天津大学的张 涛等人对旋进旋涡流量计中旋涡发生体的结构进行了如下改进：将旋涡发生体的 叶片与主轴的夹角由原来的60°减小到 45°，将叶片由六片增加到七片利用 FLUENT 数值仿真软件对改进后的旋进旋涡流量计做了数值仿真计算，对改进方案 进行了验证， 最后在实验装置上进行了试验仿真结果与试验结果均表明，改进 后的旋进旋涡流量计压力损失有了较大幅度的减小，并且在保证压力损失较小的 同时其测量下限也有所降低，克服了旋进旋涡流量计应用中的一个不足此外，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2.2 对涡街信号检测的研究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2.3 对涡街信号分析及处理的研究近年来 , 研究关于涡街信号处理的算法很多, 合肥工业大学徐科军等人提 出了将小波变换应用于涡街流量计, 重庆大学蒙建波等人采用基于最小均方自 适应算法的现代谱分析法来处理涡街流量信号但是他们的算法都由于算法的复 杂性和计算量的庞大性而使得这些算法目前都还停留在理论研究阶段, 不能满 足检测量仪器的实时性信号处理的要求1965 年, 库利和图基提出的快速傅里 叶变换 ( FFT ) ,它是目前信号处理中最常用到的也是最经典的一种算法, 是将 信号由实时变换到频域进行处理的一个重要手段在一般的情况下 , 要把时域信 号变换到频域 , 需要耗费大量的运算次数 , 而如果利用 FFT , 就能使运算次数 大大的减少。

但是FFT 只能处理复数序列信号 , 而在涡街信号处理系统中, 需要 处理的涡街信号是实数序列信号, 传统的解决方法是把实数序列的信号当作虚 部为零的复数序列信号 , 但这样做会增加一半的运算量, 造成运算和存储的冗 余之后，上海理工大学的王肖芬等人将实数傅里叶变换( RFFT ) 算法应用于涡街流量计信号的处理 , 设了一套用于提取流量信号频率的软件系统, 满足了 测量仪表实时性的要求 , 提高了仪表的抗干扰能力 , 并且通过频谱重心矫正法 来提高了仪表测量的精度除了上述研究热点外， 国内外在涡街流量计智能化方面也取得了一定的成果3 结束语近年来 , 涡街流量计技术飞速发展 , 在化学、食品与制药、造纸业、市政工 程、矿产、建筑等行业也得到了极为广泛的应用. 随着技术的日新月异 , 相信涡 街流量计的前景将更为灿烂. 参考文献[1] 龚清湄 . 王萍 互相关算法在涡街流量信号处理中的应用 [ 期刊论文 ] - 天津 工程师范学院学报 2009(4) [2] 张涛 贾云飞 吴蕾 基于FLUENT 数值仿真下的旋进旋涡流量计的研究与优化 《化工自动化及仪表》 2005 第6期[3] 王肖芬 雷 武 RFFT 在涡街流量传感器信号处理中的应用《电子测量技术》 2010 年2 月 第2 期[4] Miau J J;Yeh C F;Hu C C On Measurement Uncertainty of Vortex Flowmeter [ 外文期刊 ] 2005(6)。