在均勻流動(dòng)的流體中,垂直地插入一個(gè)具有非流線型截面的柱體,稱為漩渦發(fā)生體,其形狀有圓柱、三角柱、矩形柱、t形柱等,在該漩渦發(fā)生體兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦,并隨著流體流動(dòng),在下游形成兩列不對(duì)稱的漩渦列,稱之為“卡門渦街”,如圖1所示。渦街并非總是穩(wěn)定的,馮·卡門在理論上證明,當(dāng)兩列漩渦之間的距離h和同列中相鄰漩渦的間距l(xiāng)滿足關(guān)系h/l=0.281時(shí),渦街才是穩(wěn)定的。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明,在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),每一列漩渦產(chǎn)生的頻率f與漩渦發(fā)生體的形狀和流體流速u有確定的關(guān)系
(1)
式中,d為漩渦發(fā)生體的特征尺寸;st為稱為斯特羅哈爾數(shù)。st與漩渦發(fā)生體形狀及流體雷諾數(shù)有關(guān),但在雷諾數(shù)500~150 000的范圍內(nèi),st值基本不變,對(duì)于圓柱體st=0.21,三角柱體st=0.16,工業(yè)上測(cè)量的流體雷諾數(shù)幾乎都不超過(guò)上述范圍。式(1)表明漩渦產(chǎn)生的頻率僅決定于流體的流速u和漩渦發(fā)生體的特征尺寸,而與流體的物理參數(shù)如溫度、壓力、密度、粘度及組成成分無(wú)關(guān)。
圖1 圓柱漩渦發(fā)生器
當(dāng)漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸確定后,可以通過(guò)測(cè)量漩渦產(chǎn)生頻率來(lái)測(cè)量流體的流量。假設(shè)漩渦發(fā)生體為圓柱體,直徑為d,管道內(nèi)徑為d,流體的平均流速為u,在漩渦發(fā)生體處的流通截面積
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當(dāng)d/d<0.3時(shí),可近似為
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則其流量方程式為
(4)
從流量方程式可知,體積流量與頻率成線性關(guān)系。