Вихревые расходомеры с обтекаемым телом

Тело, находящееся на пути потока, изменяет направление движения обтекающих его струй и увеличивает их скорость за счет соответствующего уменьшения давления. Одновременно с этим на передней стороне тела создается повышенное, а с задней стороны – пониженное давление. В дальнейшем при описании работы вихревых расходомеров с обтекаемыми телами видится понятие «миделевое сечение» – это наибольшее по площади сечение твердого тела плоскостью, перпендикулярной направлению движения потока вещества. Так, например, если перпендикулярно потоку расположено тело цилиндрической формы, то поверхность миделевого сечения проходит по диаметру цилиндра. И так, за миделевым сечением тела начинается обратный процесс уменьшение скорости и увеличения давления. Пограничный слой, обтекающий тело, после прохождения миделевого сечения, отрывается от тела и под влиянием пониженного давления изменяет направление движения, образу вихрь.

Это происходит как в верхних, так и в нижних точках обтекаемого тела, с той лишь разницей, что развитие вихря с одной стороны препятствует развитию вихря с другой стороны, таким образом, образование вихрей происходит поочередно, один вихрь сменяет другой. При этом за обтекаемым телом образуется вихревая дорожка Кармана. Частота срыва вихрей f по критерию Струхаля Sh равна:

,

так как величина , то f пропорциональна скорости v, а значит и объемному расходу F_об.. Зависимость между f и F_об. описывается уравнением:

,

где – площадь наименьшего поперечного сечения потока вещества вокруг обтекаемого тела. Из формулы определения F_об. следует, что величина Sh должна оставаться постоянной в возможно большей области значений числа Re. Например, если обтекаемое тело цилиндр, то число Sh остается неизменным в области 10³…10⁴ < Re < 2∙10⁵.

Так как в конструкции вихревых расходомеров в качестве обтекаемых тел используются призматические тела, треугольной, прямоугольной или трапецеидальной (дельтообразной) форм, то ещё одним названием этих расходомеров является дельтаметр. Тела обтеканию, имеющие треугольную, прямоугольную или трапецеидальную формы устанавливаются в трубах с внутренним диаметром от 50 мм до 300 мм.

Вихревые расходомеры с прецессией воронкообразного вихря (с закрученным потоком)

В корпусе 1 преобразователя этих расходомеров установлено устройство 2, состоящее из направляющих пластин закручивающих поток, направляемый через короткую цилиндрическую насадку или участок трубы в расширенную часть.

В последней вращающийся поток принимает воронкообразную форму, а его ось, вокруг которой вращается ядро вихря, сама вращается вокруг оси трубопровода. При этом давление на верхней поверхности вихря пульсирует синхронно с угловой скоростью вращения ядра вихря, пропорциональной линейной скорости потока или объемному расходу. Для преобразования частоты пульсаций давления или скорости в измерительный сигнал (для определения частоты прецессий, проходящих через определенную точку трубопровода) применяют пьезоэлементы, термисторы или полупроводниковые термоанеометры 3. На выходе расходомера установлен механический струевыпрямитель 4, устраняющий вращение потока. Процесс преобразования проходит в два этапа, на первом этапе происходит преобразование объемного расхода потока в частоту прецессии воронкообразованого вихря, а на втором – происходит преобразование этой частоты с электрической сигнал.

Недостатки, к ним следует отнести: ограничение по числу Рейнольдса (Re 10⁴) и основные погрешности в % 0,5…2,5.

Погрешность вихревых расходомеров при измерении расхода газа значительно выше, чем при измерении расхода жидкости. Для уменьшения этого эффекта необходимо в формулу для определения расхода или количества газа ввести поправочный коэффициент, учитывающий расширение – сжатие газа в зависимости от его свойств и условий течения. С целью снижения погрешности измерений в вихревых расходомерах не рекомендуется работать на частоте близкой к частоте срыва вихрей.

Достоинства - присутствие в измеряемой среде конденсата, твердых частиц не влияет на достоверность показаний прибора, другое преимущество связано с тем, что диапазон измерений достаточно широк – (от 0,4 до 40000) м³/ч.