涡街流量计流体振动及抗干扰特性的研究.pdfVIP

涡街流量计流体振动及抗干扰特性研究 叶朋陈爱民 浙江天信仪表有限公司苍南3258∞ 傅新 浙江大学藏体传动厦控制国家重点实验室杭州310027 摘要：涡街流量计已有近三十年的历史，它的主要优点包括：精度高、线性度好、测量 范围宽、使用可靠和压力损失小。但是，当流体不稳定时，流体压力的波动以厦来自系统和 环境的振动和噪声等将使流量计的信噪比明显降低，甚至使其丧失其正常计量功能。为了 提高涡街流量计对不同流体的适应性．本文采用试验与仿真相结合的方法，研究流量计中棱 形钝体附近的旋涡脱落谤发流体振动的特性。结果表明：在钝体尾流中聍流道轴对称点上 存在相位羔为180的流体振动点，在靠近棱柱底迪的棱柱侧面上流体振动的振幅最大。这 一研究结果为采用差动传感器技术的抗干扰型涡街流量计的研制提供了依据。 关键词：涡街流量计 流体振动 不稳定流体计量抗干抛睦能 一、概述 斯特罗哈和冯·卡门对涡街钝体绕漉所傲的研究揭示了旋涡脱落的基本特征，即：当流 体流经钝体时，尾流中将形成旋涡流．旋涡从钝体两侧交替地脱落．并在一个较宽的雷诺数 范围内。存在一个常定的无量纲脱落频率，即斯特罗啥数为常数，这表明旋涡脱落的频率与 平均流速成正比[I2】。 R∞hko【3-¨的研究给出了更为明确的结果，即在雷诺数处于300Re2×105的范围 内时．斯特罗哈敦保持在o．2左右．他还首次提出了利用斯特罗哈数的常定范围来制造流量 计的设想。涡街流量计在近三十年的应用中证明了它在稳定流体的计量中的可靠性和精确 性．它的主要优点包括高精度、良好的线性度、较宽的量程和很高的可靠性(无运动部件)．且 压力损失很小口^】。然而，在许多计量领域。流速的不稳定性和压力的波动及机槭振动导致 了信噪比下降，严重影响了涡街流量计的使用效果【7．8’“。在过去的十年中人们做了大量的 工作试图改善这种流量计的抗干扰性能。Kawqm【lo]通过增强钝体硬度和使用徽处理器控 制的自适应低通滤渡方法来改善漉量计的信噪比，并采用了自适应低频信号截止辩识器，使 流量计的可靠性得到明显改善。Amadi—E[“t”1研究了工作条件对旋弱脱落的影响，并采 用了信号处理和系统辩识技术来提高流量计的精度。Pankan{n【”】和Bentley(14】从优化钝体 一242— 几何结构和传感器安装位置的角度．研究了提高信号质量、频率稳定性和流量计线性度的方 法。为了将涡街流量计应用于不稳定流体的计量．本文研究了旋涡脱落诱发流体振动的特 性。结果表明在流道轴线与钝体轴线构成的平面的对称点上流体振动的强度和频率相同。 而相位相差180’。这一研究结果为采用差动传感器技术研制抗干扰型的涡街流量计提供 了理论依据。 二、试验装置 图l所示为试验装置和信号处理系统。其中离心泵(1)的作用是为试验系坑提供水源。 在离心泵的下游是一个压力控制器(2)．可为试验系统提供稳定的压力。流体在经过整流器 (3)整流之后进人涡街流量计(4)。流量计的仪表系数由流量标定装置(5)给出。在待测的 涡街流量计中对称地安装了两个压力传感器．其安装位置为靠近棱柱底面的棱柱侧面上。 两个传感器被组合成一个差动式传感器。放大后的传感器信号和差动信号一道被传递给一 个多通道的数字示波器，在示波器中将数据存储到软盘上，以便在计算机中做进一步地处 理。 黔墟罄 圈1试验装置与测试系统 (1．泵2．压力控制嚣3．整泷器4．祸街藏量计5．藏量标定装置 pI和m分别代表传感器l和2的安装位置和测量值) 三、仿真模型 对于工程应用问题，瞬态N—s方程通常采用平均处理或者滤掉小尺度涡的方法进行 k—e模型 处理．获得一组简化的方程，使计算的成本下降。在这些简化的模型当中．RNG 5】。 一一种雷诺平均N—s仿真模型，是较适合