渦街流量傳感器旋渦發(fā)生體后壓力檢測點

 

    為了檢驗數(shù)值計算方法的可靠程度，在標(biāo)準(zhǔn)的氣體流量裝置上進(jìn)行了試驗，試驗條件與數(shù)值計算的條件一致，流體介質(zhì)為空氣，渦街流量傳感器口徑為50mm。

 

    試驗中通過變頻器結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)表來控制流量以達(dá)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(jīng)過電荷放大后的模擬信號進(jìn)行采樣，每次采樣10組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)有5×104個采樣點，將得到的采樣點進(jìn)行傅里葉變換并取平均值得到不同測量點渦街產(chǎn)生的頻率。

 

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

 

    最佳檢測點位置的確定

 

    試驗值與數(shù)值計算結(jié)果的比較證明了數(shù)值計算方法的可行性，因此進(jìn)一步通過數(shù)值計算對旋渦發(fā)生體后不同位置旋渦產(chǎn)生的強度、穩(wěn)定性進(jìn)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(fā)生體后軸向位置上每隔0.7d設(shè)置一個檢測點，一共設(shè)置了八個檢測點，d為旋渦發(fā)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(shù)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(jìn)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(shè)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(shù)據(jù)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(nèi)信號強度最強。

 

    2信號穩(wěn)定性分析

 

    旋渦徑向方向上壓力的穩(wěn)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(wěn)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(shù)。

 

    圖8為式（8）計算得到的壓力穩(wěn)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(fā)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(fā)生體4.2d～5.6d的范圍內(nèi)，fp趨于平穩(wěn)，并且隨著距離的增加fp變化緩慢?？傮w來說，壓力徑向方向上的穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(wěn)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(shù)。

 

    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(diào)減小，而是隨著檢測點位置的后移，先在0.7d～2.8d的范圍內(nèi)迅速減小，隨后在2.8d～4.9d的范圍內(nèi)區(qū)域穩(wěn)定，最后在4.2d～5.6d的范圍內(nèi)再次快速增加。

 

    圖9軸向旋渦脫落周期穩(wěn)定性

 

    根據(jù)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(wěn)定性進(jìn)行綜合分析，確定壓力檢測點的最佳位置為距離旋渦發(fā)生體2.8d左右的范圍內(nèi)。