渦街流量傳感器旋渦發生體后壓力檢測點

 

    為了檢驗數值計算方法的可靠程度，在標準的氣體流量裝置上進行了試驗，試驗條件與數值計算的條件一致，流體介質為空氣，渦街流量傳感器口徑為50mm。

 

    試驗中通過變頻器結合標準表來控制流量以達到試驗所要求流量，并以5kHz的采樣頻率對渦街流量傳感器經過電荷放大后的模擬信號進行采樣，每次采樣10組數據，每組數據有5×104個采樣點，將得到的采樣點進行傅里葉變換并取平均值得到不同測量點渦街產生的頻率。

 

    試驗結果與數值計算結果如表1所示。比較結果表明兩者最大誤差為6.439%，數值計算與試驗結果較為接近。

 

    最佳檢測點位置的確定

 

    試驗值與數值計算結果的比較證明了數值計算方法的可行性，因此進一步通過數值計算對旋渦發生體后不同位置旋渦產生的強度、穩定性進行分析，確定最佳壓力檢測點的位置。

 

    1信號強度分析

 

    在旋渦發生體后軸向位置上每隔0.7d設置一個檢測點，一共設置了八個檢測點，d為旋渦發生體截流面的寬度，如圖6所示。通過這些點來觀察不同位置上旋渦信號的強度。如同前文所述的方法，通過數值計算，記錄下每個檢測點上的壓力變化，最后將每個檢測點上周期變化的時域信號進行FFT變換，得到在5～30m/s不同流速下不同檢測點上的信號強度，如表2所示。

 

    圖6不同檢測點的設定

 

    表2為入口速度5～30m/s時，不同檢測點上信號的強度。其中Sa為信號強度，Sr為不同位置信號強度的相對變化量，用式（7）來計算。式（7）中，為每個流速點下，不同位置上信號強度的平均值。

 

    （7）

 

    將表2的數據繪制成圖7，可直觀地看出信號強度的變化。由圖7可知，相同流速下在2.1d～3.5d范圍內信號強度最強。

 

    2信號穩定性分析

 

    旋渦徑向方向上壓力的穩定性情況用式（8）來計算。

 

    （8）式中，fp表示壓力信號在徑向上的穩定性；為檢測點上壓力信號各個波峰的平均值；為波谷的平均值；pci和pti分別表示某個周期中波峰與波谷的壓力值；p為入口壓力；n為考察的周期個數。

 

    圖8為式（8）計算得到的壓力穩定性。可以看出，隨著檢測點位置后移，fp呈下降趨勢。在距旋渦發生體0.7d～3.5d的范圍時，fp相對較大，并且隨著距離的增加減小速度加快；在距離旋渦發生體4.2d～5.6d的范圍內，fp趨于平穩，并且隨著距離的增加fp變化緩慢。總體來說，壓力徑向方向上的穩定性在不同檢測點位置上的變化并不是特別明顯。

 

    圖8徑向壓力穩定性

 

    渦街流量傳感器檢測點在不同時刻檢測到的旋渦脫落周期不是恒定不變的，對于不同檢測點位置所檢測到的旋渦脫落周期的穩定性情況，用式（9）來表示

 

    （9）式中，ft反映的是檢測點上旋渦脫落周期值的變化情況，其值越大則旋渦脫落的周期穩定性越差；Ti為檢測點獲得的某個旋渦脫落的周期值；為旋渦脫落的平均周期；n為考察的旋渦脫落周期的個數。

 

    圖9為每個檢測點上檢測到的旋渦脫落周期值的變化情況。可以看出，ft并不是單調減小，而是隨著檢測點位置的后移，先在0.7d～2.8d的范圍內迅速減小，隨后在2.8d～4.9d的范圍內區域穩定，最后在4.2d～5.6d的范圍內再次快速增加。

 

    圖9軸向旋渦脫落周期穩定性

 

    根據以上研究，將不同位置檢測點上獲得的渦街信號的強度以及穩定性進行綜合分析，確定壓力檢測點的最佳位置為距離旋渦發生體2.8d左右的范圍內。