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涡街流量计频率与流速的关系

发布时间:2025-07-22 10:08:25

涡街流量计的频率与流速之间存在直接的线性关系,这是其测量原理的核心。具体关系如下:


1. 基本公式

涡街流量计的频率(f)与流体流速(v)的关系由 斯特劳哈尔数(Strouhal Number, St)决定,公式为:

f=St⋅ (v/d)

其中:

f:涡街脱落频率(Hz);

St:斯特劳哈尔数(无量纲,通常为 0.15~0.25,具体值由旋涡发生体形状和雷诺数决定);

v:流体流速(m/s);

d:旋涡发生体的特征宽度(m)。


2. 关键特性

线性关系:在湍流范围内(Re≥10,000),St 为常数,因此频率 f 与流速 v 成正比。

体积流量计算:

实际应用中,流量 Q 通过频率和管道截面积 A 导出:

Q=v⋅A= f⋅d/St ⋅A=k⋅f

其中 k 为仪表系数(通过标定确定),单位通常是 脉冲数/m³ 或 脉冲数/L。


3. 影响因素

斯特劳哈尔数(( St \):

与旋涡发生体形状(如三角柱、梯形柱)和雷诺数相关。

在湍流区(Re>10,000)时稳定,层流区(Re<2,000)不适用。


雷诺数(( Re \):

低流速(低 Re)时,涡街脱落不规则,导致频率-流速非线性。


介质特性:

气体、蒸汽与液体的 St 可能略有差异,需单独标定。


管道振动:

外部振动频率接近 f 时,会干扰信号检测。


4. 实际应用中的注意事项

量程比:

典型涡街流量计的频率响应范围可达 10:1(如1~100 Hz),但需保证流速在仪表允许范围内。


信号处理:

高频信号(高流速)需抗干扰设计,低频信号(低流速)需灵敏度补偿。


标定与修正:

仪表系数 k 需通过实流标定确定,不同介质或温度压力条件下可能需修正。


5. 示例计算

若某涡街流量计的 St=0.2,旋涡发生体宽度 d=0.02m,测得频率 f=50Hz:

v= f⋅d/St=50×0.02/0.2=5m/s

对于DN50管道(内径约0.05 m,截面积 A≈0.00196m²),体积流量为:

Q=v⋅A=5×0.00196=0.0098m³/s (或35.28m³/h)


总结

涡街流量计的频率与流速呈正比,但需确保流体处于湍流状态且避开振动干扰。选型时需根据介质和工况验证 St 及仪表系数 k 的适用性,并通过标定保证精度。

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