1.低溫渦街的形成過(guò)程
圖2表示了一個(gè)旋渦形成周期T內(nèi)不同時(shí)刻的渦街二維流場(chǎng)圖,直觀反映了渦街流量計(jì)的形成、脫落過(guò)程。可以看到邊界層在渦街發(fā)生體的兩側(cè)平行棱邊開(kāi)始減速增壓運(yùn)動(dòng),并伴有倒流現(xiàn)象。倒流沿著壁面向后伸展使邊界層明顯增厚,同時(shí)旋渦的尺寸不斷增大。當(dāng)旋渦增加到一定程度后,就從發(fā)生體上脫落分離，隨著流體向下游運(yùn)動(dòng),形成振蕩尾流。在旋渦的中心形成低壓區(qū),會(huì)隨著旋渦的交替產(chǎn)生和脫落過(guò)程,在流場(chǎng)中形成周期性變化的壓力場(chǎng),壓力場(chǎng)的變化頻率與旋渦脫落頻率--致。壓電式渦街流量計(jì)即是通過(guò)檢測(cè)流場(chǎng)內(nèi)振蕩尾流中特定點(diǎn)處的壓力變化頻率來(lái)測(cè)定流速。
2.低溫渦街仿真結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證
由于低溫渦街試驗(yàn)條件受限,低溫渦街仿真結(jié)果和理論計(jì)算值與相同結(jié)構(gòu)尺寸的常溫渦街流量計(jì)在水介質(zhì)中的校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。如圖3所示,試驗(yàn)與仿真曲線的線性度都很好，而且低溫介質(zhì)與常溫介質(zhì)的數(shù)據(jù)比較一致,驗(yàn)證了斯特勞哈爾數(shù)St與儀表系數(shù)K不隨介質(zhì)與溫度影響的特性。分析結(jié)果可知:渦街流量計(jì)儀表系數(shù)的試驗(yàn)值與理論計(jì)算值之間的相對(duì)誤差在3%之內(nèi);仿真值與試驗(yàn)值之間的相對(duì)誤差在5%之內(nèi),說(shuō)明所采取的仿真方法比較準(zhǔn)確,驗(yàn)證了FLUENT數(shù)值仿真技術(shù)用于低溫渦街流量計(jì)流場(chǎng)仿真的可行性。
3.低溫渦街與常溫渦街的流場(chǎng)分布對(duì)比
圖4比較了低溫渦街與常溫渦街的流場(chǎng)分布,由于液氮的粘度比水低很多,流體內(nèi)部的分子間引力和碰撞較弱，流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力較大，造成低溫渦街的流場(chǎng)中速度梯度較大,表現(xiàn)為旋渦尺寸比常溫工況下的旋渦小。因此，相比常溫下壓電傳感器的安置位置而言，檢測(cè)振蕩尾流中旋渦列的低溫渦街的傳感器就要更靠近渦街發(fā)生體,這在設(shè)計(jì)低溫渦街流量計(jì)時(shí)必須特殊考慮。
能量的相對(duì)集中導(dǎo)致了壓力梯度(主要為動(dòng)壓)也比較大。但必須注意到，在旋渦發(fā)生體前后的壓差使液體介質(zhì)釋放出氣體而在渦街發(fā)生體末端附近產(chǎn).生空穴,這在低溫工況下尤為嚴(yán)重。因此,必須在渦街流量計(jì)下游設(shè)置背壓以避免空化現(xiàn)象的影響。同時(shí)也說(shuō)明了采用安置在渦街流量計(jì)發(fā)生體上測(cè)量交變壓差或壓力脈動(dòng)的測(cè)量方法,并不適用于低溫工況下的渦街信號(hào)檢測(cè)。 |
