1.低温涡街的形成过程
图2表示了一个旋涡形成周期T内不同时刻的涡街二维流场图,直观反映了涡街流量计的形成、脱落过程。可以看到边界层在涡街发生体的两侧平行棱边开始减速增压运动,并伴有倒流现象。倒流沿着壁面向后伸展使边界层明显增厚,同时旋涡的尺寸不断增大。当旋涡增加到一定程度后,就从发生体上脱落分离，随着流体向下游运动,形成振荡尾流。在旋涡的中心形成低压区,会随着旋涡的交替产生和脱落过程,在流场中形成周期性变化的压力场,压力场的变化频率与旋涡脱落频率--致。压电式涡街流量计即是通过检测流场内振荡尾流中特定点处的压力变化频率来测定流速。
2.低温涡街仿真结果准确性验证
由于低温涡街试验条件受限,低温涡街仿真结果和理论计算值与相同结构尺寸的常温涡街流量计在水介质中的校验数据进行比对。如图3所示,试验与仿真曲线的线性度都很好，而且低温介质与常温介质的数据比较一致,验证了斯特劳哈尔数St与仪表系数K不随介质与温度影响的特性。分析结果可知:涡街流量计仪表系数的试验值与理论计算值之间的相对误差在3%之内;仿真值与试验值之间的相对误差在5%之内,说明所采取的仿真方法比较准确,验证了FLUENT数值仿真技术用于低温涡街流量计流场仿真的可行性。
3.低温涡街与常温涡街的流场分布对比
图4比较了低温涡街与常温涡街的流场分布,由于液氮的粘度比水低很多,流体内部的分子间引力和碰撞较弱，流体间的相对运动阻力较大，造成低温涡街的流场中速度梯度较大,表现为旋涡尺寸比常温工况下的旋涡小。因此，相比常温下压电传感器的安置位置而言，检测振荡尾流中旋涡列的低温涡街的传感器就要更靠近涡街发生体,这在设计低温涡街流量计时必须特殊考虑。
能量的相对集中导致了压力梯度(主要为动压)也比较大。但必须注意到，在旋涡发生体前后的压差使液体介质释放出气体而在涡街发生体末端附近产.生空穴,这在低温工况下尤为严重。因此,必须在涡街流量计下游设置背压以避免空化现象的影响。同时也说明了采用安置在涡街流量计发生体上测量交变压差或压力脉动的测量方法,并不适用于低温工况下的涡街信号检测。 |
