涡街流量计的工作原理主要基于卡门涡街原理。在流体中设置一个非流线型的对称形状物体(称为涡街流量传感器中的漩涡发生体),当流体以足够大的流速流过该物体时,会在其下游产生两列不对称但又有规律的旋涡,这种旋涡通常被称为卡门旋涡或卡门涡列。
具体来说,当流体流经滞流件(如三角柱体)时,由于滞留件表面的滞流作用等原因,在其下游会产生两列不对称的漩涡。这些漩涡在滞流件的侧后方分开,形成所谓的卡门漩涡列,两列漩涡的旋转方向是相反的。卡门从理论上证明了当h/L=0.281(h为两漩涡列之间的宽度,L为两个相邻漩涡间的距离)时,漩涡列是稳定的。
涡街流量计的测量原理是通过测量这些旋涡的频率来计算出流体的流速和流量。漩涡的频率(即涡街频率)与流体的流速成正比,这一关系可以通过公式表示为:
\[ F = St \times \frac{u}{d} \]
其中:
\( F \) 是涡街频率(单位为Hz)
\( u \) 是流体的流速(单位为m/s)
\( d \) 是漩涡发生体的特征宽度(单位为m)
\( St \) 是斯特劳哈尔数(Strouhal number),是一个无量纲的常数,其数值范围通常在0.14~0.27之间。斯特劳哈尔数与漩涡发生体的形状、尺寸以及雷诺数有关。
通过测量涡街频率 \( F \),可以利用上述公式计算出流体的流速 \( u \),再进一步计算出流体的流量 \( Q \)。流量计算公式通常涉及流体的流速、管道截面积等参数。
涡街流量计具有测量范围宽、精度高等优点,广泛应用于工业管道介质流体的流量测量,如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小,量程范围大,精度高,在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件,因此可靠性高,维护量小。仪表参数能长期稳定,适用于-20℃~+250℃的工作温度范围内工作,并有模拟标准信号和数字脉冲信号输出,容易与计算机等数字系统配套使用。