1.低溫渦街的形成過程
圖2表示了一個旋渦形成周期T內不同時刻的渦街二維流場圖,直觀反映了渦街流量計的形成、脫落過程�？梢钥吹竭吔鐚釉跍u街發(fā)生體的兩側平行棱邊開始減速增壓運動,并伴有倒流現(xiàn)象。倒流沿著壁面向后伸展使邊界層明顯增厚,同時旋渦的尺寸不斷增大。當旋渦增加到一定程度后,就從發(fā)生體上脫落分離，隨著流體向下游運動,形成振蕩尾流。在旋渦的中心形成低壓區(qū),會隨著旋渦的交替產(chǎn)生和脫落過程,在流場中形成周期性變化的壓力場,壓力場的變化頻率與旋渦脫落頻率--致。壓電式渦街流量計即是通過檢測流場內振蕩尾流中特定點處的壓力變化頻率來測定流速。
2.低溫渦街仿真結果準確性驗證
由于低溫渦街試驗條件受限,低溫渦街仿真結果和理論計算值與相同結構尺寸的常溫渦街流量計在水介質中的校驗數(shù)據(jù)進行比對。如圖3所示,試驗與仿真曲線的線性度都很好，而且低溫介質與常溫介質的數(shù)據(jù)比較一致,驗證了斯特勞哈爾數(shù)St與儀表系數(shù)K不隨介質與溫度影響的特性。分析結果可知:渦街流量計儀表系數(shù)的試驗值與理論計算值之間的相對誤差在3%之內;仿真值與試驗值之間的相對誤差在5%之內,說明所采取的仿真方法比較準確,驗證了FLUENT數(shù)值仿真技術用于低溫渦街流量計流場仿真的可行性。
3.低溫渦街與常溫渦街的流場分布對比
圖4比較了低溫渦街與常溫渦街的流場分布,由于液氮的粘度比水低很多,流體內部的分子間引力和碰撞較弱，流體間的相對運動阻力較大，造成低溫渦街的流場中速度梯度較大,表現(xiàn)為旋渦尺寸比常溫工況下的旋渦小。因此，相比常溫下壓電傳感器的安置位置而言，檢測振蕩尾流中旋渦列的低溫渦街的傳感器就要更靠近渦街發(fā)生體,這在設計低溫渦街流量計時必須特殊考慮。
能量的相對集中導致了壓力梯度(主要為動壓)也比較大。但必須注意到，在旋渦發(fā)生體前后的壓差使液體介質釋放出氣體而在渦街發(fā)生體末端附近產(chǎn).生空穴,這在低溫工況下尤為嚴重。因此,必須在渦街流量計下游設置背壓以避免空化現(xiàn)象的影響。同時也說明了采用安置在渦街流量計發(fā)生體上測量交變壓差或壓力脈動的測量方法,并不適用于低溫工況下的渦街信號檢測。 |
