JPH1062216A

JPH1062216A - 渦流量計

Info

Publication number: JPH1062216A
Application number: JP21388596A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Nakao; 雄一中尾
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1996-08-13
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1998-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】剥離渦の発生位置を固定し、循環値が一定値
になるまでの時間と距離を周期的に再現するカルマン渦
を発生させる。【解決手段】渦発生体２近傍の流路壁面１ａには、カ
ルマン渦と流路壁面１ａの干渉により生じる剥離渦が存
在する。剥離渦は、流路壁面１ａの不特定位置に発生す
るので、剥離渦の影響を受け、実質的に循環値が一定値
になるまでの時間と距離を周期的に再現するカルマン渦
を得ることができない。そこで、流路壁面１ａにトリッ
ピングワイヤ３等の突起部を設けて常にこの位置で剥離
渦が発生するようにして、循環値が一定値になるまでの
時間と距離を周期的に再現するカルマン渦を発生させ、
特に周期性が悪化する低流量域の特性を改善する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は渦流量計に関し、よ
り詳細には、渦発生体から放出するカルマン渦と管路壁
面の干渉により発生する剥離渦の発生位置を固定化する
渦流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、渦流量計は、流路内に渦
発生体を有し、該渦発生体から規則的に流出するカルマ
ン渦の単位時間に発生する渦の数が、所定のレイノルズ
（Ｒｅ）数範囲で流量に比例することを利用した推測形
の流量計である。

【０００３】しかし、渦流量計では、カルマン渦の発生
の他に、カルマン渦の発生に伴って渦発生体近傍の流路
壁面に発生する剥離渦がある。

【０００４】図４は、２次元の渦発生体まわりの流れを
説明するための図で、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４
（Ｃ）は、２次元流れの中に設置された渦発生体まわり
に流体を矢印Ｆlow方向に流したとき、発生するカルマ
ン渦の流れパターンを示し、図中、２１ａ，２１ｂは流
路壁、２２は渦発生体（断面）、２３はカルマン渦、２
４は放出されたカルマン渦２３と流路壁面の干渉により
発生した剥離渦である。

【０００５】図４（Ａ）：渦発生体２２の流路壁２１ｂ
側で、流れが剥離しカルマン渦２３-1が発生すると、渦
２３-1近傍の流路壁２１ｂのＰ₁点にこのカルマン渦２
３-1と逆廻りの循環をもった剥離渦２４-1が発生する。
また、渦発生体２２から先に剥離したカルマン渦２３-2
と対応して流路壁２１ａにカルマン渦２３-2と逆廻りの
循環をもった剥離渦２４-2がＱ₁の位置に存在する。

【０００６】図４（Ｂ）：図４（Ａ）に示したカルマン
渦２３-1が発達してこれが渦発生体２２から流出し初め
ると、剥離渦２４-1もカルマン渦２３-1と対応して流路
壁２１ｂ側のＰ₂点に移動する。同様に、剥離渦２４-2
もカルマン渦２３-2に対応して流路壁２１ａ側でＱ₂点
に移動する。

【０００７】図４（Ｃ）：次の瞬間、渦発生体２２の流
路壁２１ａ側で、流れが剥離しカルマン渦２３-3が発生
すると、該カルマン渦２３-3近傍の流路壁２１ａのＱ₃
点にに剥離渦２４-3が発生し、剥離渦２４-1もカルマン
渦２３-1に対応して流路壁２１ｂ側でＰ₃点に移動す
る。さらに、カルマン渦２３-3が流出し初めると、剥離
渦２４-3も流路壁２１ａ上を移動する。上記図４
（Ａ），図４（Ｂ），図４（Ｃ）で説明したとおり、カ
ルマン渦２３及び剥離渦２４は流路壁２１ａ側と流路壁
２１ｂ側とに交互に発生し、下流側に移動する。

【０００８】上述のようにカルマン渦流量計において
は、渦発生体２２から放出されたカルマン渦２３と流路
壁２１ａ，２１ｂの壁面の干渉により発生した剥離渦２
４は、必ずしも一定な点Ｐ₁，Ｑ₃で発生するとは限らず
発生位置は不安定である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】渦流量計においては、
渦発生体から流出するカルマン渦と、カルマン渦と流路
壁面の干渉により生じる剥離渦が発生する。渦流量計に
おける渦発生体は、器差特性の線形性を保つ要部となる
ものであり、そのため渦発生体から発生するカルマン渦
の循環値が一定値になるまでの時間と距離を周期的に再
現させることが重要である。しかし、剥離渦の発生位置
は不安定なため、実質的に循環値が一定値になるまでの
時間と距離を周期的に再現するカルマン渦を得ることが
できず、低流量域での測定が困難であった。また、特に
上流側流路の速度分布が非対称な場合は、剥離渦の発生
位置も更に不安定となり、器差特性を劣化させるという
問題があった。

【００１０】本発明は、上述した実情に鑑みなされたも
ので、剥離渦の発生位置を固定化して、カルマン渦の循
環値が一定値になるまでの時間と距離を周期的に再現さ
せ、レイノルズ数の依存性を少なくして、低流量域での
測定を可能とさせることを目的にする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、流路
内に置かれた渦発生体より規則的に発生するカルマン渦
を利用した渦流量計において、前記渦発生体近傍の流路
壁面に突起部を形成したことを特徴とし、もって、渦発
生体近傍の流路壁の層流を強制的に乱流遷移させるた
め、剥離渦の発生位置を安定させることができる。安定
させることによりカルマン渦の循環値が一定値になるま
での時間と距離を周期的に再現させるので、特に周期性
が悪化する低流量域の特性を改善し、広範囲の流量を安
定して計測できるようにした。また、上流側流路の速度
分布が非対象な場合でも、器差特性を劣化させないよう
にしたものである。

【００１２】請求項２の発明は、流路内に置かれた渦発
生体より規則的に発生するカルマン渦を利用した渦流量
計において、前記渦発生体近傍の流路壁面に凹陥部を形
成したことを特徴とし、もって、不安定な剥離渦の発生
位置を凹陥部上流側エッジ部に固定でき、しかも凹陥部
内で剥離渦を成長させることにより、カルマン渦の循環
値が一定値になるまでの時間と距離を周期的に再現させ
るので、より確実に周期性が悪化する低流量域の特性を
改善し、広範囲の流量を安定して計測できるようにし
た。また、上流側流路の速度分布が非対象な場合でも、
器差特性を劣化させないようにしたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（請求項１の発明）図１は、請求項１の発明の実施形態
例を説明するための図で、図１（Ａ）は、渦流量計の流
れ方向の流路軸を通る断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）
の部分斜視図であり、図中１は流路壁、２は渦発生体、
３はトリッピングワイヤ（突起部）である。

【００１４】図１に示す渦流量計は、円筒状の流路壁１
に断面が略二等辺三角形状の渦発生体２を底辺２ａが流
れに直角な方向となるように両端を固定したもので、更
に、渦発生体２近傍の流路壁面１ａ上で流れに直角な円
周上又は流れに直角な円周上の渦発生体２に対して対向
した２ヶ所に、トリッピングワイヤ３が設けられてい
る。

【００１５】図１において、トリッピングワイヤ３が流
路壁面１ａ上に突起していると、渦発生体２近傍の流路
壁の層流は強制的に乱流遷移するので、この位置に渦発
生体２から生じたカルマン渦と流路壁面の干渉により生
じる剥離渦を発生させることができる。

【００１６】以上のことより、渦発生体２と剥離渦の発
生位置との関係は常に一定となり、トリッピングワイヤ
３がない従来の渦流量計におこる剥離渦の発生位置が不
安定のため、実質的に循環値が一定値になるまでの時間
と距離を周期的に再現するカルマン渦を得ることができ
ない現象がなくなる。従って、渦発生体２近傍の流路壁
１の層流を強制的に乱流遷移させるため、剥離渦の発生
位置を安定させることができる。安定させることによ
り、カルマン渦の循環値が一定値になるまでの時間と距
離を周期的に再現させるので、特に周期性が悪化する低
流量域の特性を改善し、広範囲の流量を安定して計測で
きる。また、上流側流路の速度分布が非対象な場合で
も、器差特性を劣化させないようにすることができる。

【００１７】また、図１に示した渦流量計の渦発生体
は、断面形状が略二等辺三角形の渦発生体２の流れに面
した底辺部２ａの長さをｄ、底辺２ａから流れ方向に対
する高さをｍ、流路壁１の径をＤとすると、一般的に
（ｍ／ｄ）≒１.２５，（ｄ／Ｄ）≒０.２８と定められ
ている。この状態で、トリッピングワイヤ３の取り付け
位置を定める試験を行った結果、好適なトリッピングワ
イヤ３の取り付け位置は、渦発生体２の流れに面した底
面部２ａから後流側にＬ＝（０.５〜１.５）ｄであるこ
とと、壁面からの高さは、境界層排除厚さ程度でよいこ
とがわかった。なお、突起部としてはトリッピングワイ
ヤ３だけでなく、断面が三角形状，四角形状，円形状や
その他各種形状のものを使用しても同じ効果が得られ
る。

【００１８】（請求項２の発明）図２は、請求項２の発
明の実施形態例を説明するための図で、図２（Ａ）は渦
流量計の流れ方向の流路軸を通る断面図、図２（Ｂ）は
図２（Ａ）の部分斜視図、図２（Ｃ）に発生渦循環の時
間経過を示す図であり、図中、４は凹陥部で、５は凹陥
部４のない通常のカルマン渦の循環、６は剥離渦の循
環、７は凹陥部４があるときの循環、８はカルマン渦、
９は剥離渦である。

【００１９】図２（Ａ）は、図１（Ａ）に示す渦流量計
において、突起部であるトリッピングワイヤ３が剥離渦
の発生位置を固定するようにしたものに対し、この位置
に自由流線形状の凹陥部４を設け、該凹陥部４により剥
離渦９の発生位置を固定するとともに、生成した剥離渦
を凹陥部４内で成長し易いようにしている。渦発生体２
から（＋Γ）の循環をもったカルマン渦８が生成する
と、剥離渦９は、凹陥部４の上流側のエッジ４ａで生成
され初めて該凹陥部４内で（−Γ）の循環に成長し、後
流側エッジ４ｃから流出する。次の周期では、渦発生体
２の他方のエッジで剥離したカルマン渦に対応し、他方
の流路壁面１ｂに設けられた凹陥部の上流エッジで剥離
渦が生成を初める。

【００２０】図２（Ｃ）は発生渦の循環の強さの時間経
過を示したもので横軸に時間ｔ、縦軸に循環±Γをとっ
てあり、凹陥部４がない場合のカルマン渦の循環５に対
して凹陥部４がある場合は、循環５に対し、凹陥部４で
生長した剥離渦９の循環６が逆符号の循環として加わる
ため、カルマン渦の循環がさらに大きくなる。

【００２１】上述のように、不安定な剥離渦の発生位置
を凹陥部４の上流側エッジ４ａに固定でき、しかも凹陥
部４内で剥離渦９を成長させることにより、カルマン渦
の循環値が一定値になるまでの時間と距離を周期的に再
現させるので、より確実に周期性が悪化する低流量域の
特性を改善し、広範囲の流量を安定して計測できる。ま
た、上流側流路の速度分布が非対象な場合でも、器差特
性を劣化させないようにすることができる。

【００２２】図２（Ａ）において、渦発生体２の形状お
よび渦発生体の流れ方向の幅ｄと流路径Ｄとの関係は、
図１（Ａ）の場合と同じである。これに対し、凹陥部４
は、剥離渦９の発生位置を固定して成長させ安定に流出
させるものであるから、これに対応した形状が必要であ
る。図２（Ａ）において、凹陥部の取り付け位置を定め
る試験を行った結果、剥離渦の発生位置は、上流側エッ
ジ４ａを形成し、中間部で連続して湾曲して、後流側エ
ッジ４ｃでは円滑な湾曲形状となっているのがよく、凹
陥部４の取り付け位置は、渦発生体２の底辺部２ａから
上流側エッジ４ａまでの距離Ｌ₁＝（０.５〜１.５）ｄ
と、上流側エッジ４ａと下流側エッジ４ｃ区間Ｌ₂＝
（１〜１.５）ｄと、深さＳの最大値Ｈ＝（０.５〜１.
０）ｄでよいことがわかった。

【００２３】なお、本発明による上述した渦流量計は、
柱状の渦発生体を有する形状の流量計について述べた
が、その他、リング渦を発生する渦発生体を有する渦流
量計にも適用できる。

【００２４】図３は、本発明による渦流量計の他の実施
形態例を説明するための図で、リング状渦発生体を有す
る渦流量計であり、図中、１１はリング状渦発生体、１
２はリング状渦発生体１１の支柱、１３は凹陥溝、１４
ａはリング渦、１４ｂは剥離渦である。

【００２５】図３に示す渦流量計は、通常リング渦流量
計と呼ばれるもので、断面形状が、例えば二等辺三角形
状の円環であるリング渦発生体１１を断面形状の底面を
上流側に向けて、流路壁１と同心に複数箇所を支柱１２
で支持させたもので、リング渦発生体１１の中心側およ
び外周側のエッジから交互にリング状の渦１４ａの渦列
が流出し、単位時間当りに発生するリング渦１４ａの数
から流量を求めるもので、リング渦１４ａの発生に伴っ
て剥離渦１４ｂが流路壁１の壁面に発生するのをリング
状渦発生体１１の近傍に設けられた凹陥溝１３の上流側
エッジ部で剥離渦１４ｂの発生位置を固定して成長させ
るようにしたものであり、請求項２の発明と同様の効果
が得られる。なお、凹陥溝１３のかわりにトリッピング
ワイヤ等の突起部を設けた場合も請求項１の発明と同様
の効果が得られる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１に対応する効果：流路内に置か
れた渦発生体より規則的に発生するカルマン渦を利用し
た渦流量計において、前記渦発生体近傍の流路壁面に突
起部を形成したので、渦発生体近傍の流路壁の層流を強
制的に乱流遷移させるため、剥離渦の発生位置を安定さ
せることができる。安定させることにより、カルマン渦
の循環値が一定値になるまでの時間と距離を周期的に再
現させるので、特に周期性が悪化する低周波域の特性を
改善し、広範囲の流量を安定して計測できる。また、上
流側流路の速度分布が非対象な場合でも、器差特性を劣
化させないようにすることができる。

【００２７】請求項２に対応する効果：流路内に置かれ
た渦発生体より規則的に発生するカルマン渦を利用した
渦流量計において、前記渦発生体近傍の流路壁面に凹陥
部を形成したので、不安定な剥離渦の発生位置を凹陥部
上流側エッジ部に固定でき、しかも、凹陥部内で剥離渦
を成長させることにより、カルマン渦の循環値が一定値
になるまでの時間と距離を周期的に再現させるので、よ
り確実に周期性が悪化する低流量域の特性を改善し、広
範囲の流量を安定して計測できる。また、上流側流路の
速度分布が非対象な場合でも、器差特性を劣化させない
ようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施形態例を説明するため
の図である。

【図２】請求項２の発明の実施形態例を説明するため
の図である。

【図３】本発明による渦流量計の他の実施形態例を説
明するための図である。

【図４】２次元渦発生体まわりの流れを説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…流路壁、２…渦発生体、３…トリッピングワイヤ
（突起部）、４…凹陥部、５…凹陥部４のない通常のカ
ルマン渦の循環、６…剥離渦の循環、７…凹陥部４があ
るときの循環を示す、８…カルマン渦、９…剥離渦、１
１…リング状渦発生体、１２…リング状渦発生体１１の
支柱、１３…凹陥溝、１４ａ…リング渦、１４ｂ…剥離
渦。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路内に置かれた渦発生体より規則的に
発生するカルマン渦を利用した渦流量計において、前記
渦発生体近傍の流路壁面に突起部を形成したことを特徴
とする渦流量計。
【請求項２】流路内に置かれた渦発生体より規則的に
発生するカルマン渦を利用した渦流量計において、前記
渦発生体近傍の流路壁面に凹陥部を形成したことを特徴
とする渦流量計。