摘要：對于(yu)渦街流量計 的(de)旋渦發生體的(de)仿真研究主要(yao)集中在形狀和(hé)尺寸上，但🏃‍♀️在現(xian)場複雜工況環(huán)境的情況下，發(fā)生體的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼位置🤞并(bìng)不是固定不變(bian)的，會存在安裝(zhuāng)偏差。爲了很好(hao)的分析發生🔞體(ti)安裝偏差帶來(lái)的信号強度發(fā)生變化的問題(tí)，确定不影響信(xin)号強度的最大(da)偏差角⛹🏻‍♀️度，采用(yong)三角柱型發生(sheng)體，在Ansys+Workbench＋FLUENT數值仿真(zhen)軟件平台環☁️境(jìng)下，根據渦💚街流(liu)量計的實際☁️物(wu)理結構尺寸建(jian)立仿真模型，并(bìng)對其進行網格(gé)劃分、求解，将仿(páng)真得到的升、阻(zu)力頻率相比較(jiào)，得出阻力頻率(lǜ)正🈚好是升力頻(pín)率的2倍⁉️，表明可(ke)以利用FLUENT軟件對(duì)渦街流量計進(jìn)行三維流場數(shu)值仿真。最後利(lì)用FLUENT軟件，通過改(gai)變管截🐆面與截(jie)流面的夾角，在(zài)低、中、高速流速(sù)下，對其進行取(qu)壓，将得到的信(xìn)号強度和頻譜(pǔ)分布進行比較(jiào)分析，得出夾👣角(jiao)與信号強度的(de)關系：夾角在1°～7°範(fan)圍，對信号強度(du)的影響🥰不大，超(chao)過7°以後影響變(bian)大。
1引言
　　随着計(ji)算機技術、數值(zhi)計算技術的發(fa)展，現代模拟仿(pang)📱真技術計算流(liú)體力學（cmputational fluid dynamics,CFD）也随之(zhī)而生［1］。它是對純(chun)理論和純實驗(yan)方法很好的促(cù)進和補充。ＣＦＤ作爲(wei)一門新興學科(ke)，它力求通過數(shù)值實驗🌈替代實(shi)物實驗，采用虛(xū)拟流場來模拟(nǐ)真實流場内部(bù)的流體😘流動情(qing)況🌏，從而使得實(shi)🔱驗研究更加方(fang)便，研究場景更(geng)加豐富可編程(chéng)［2－5］。
　　FLUENT軟件提供了多(duo)種基于非結構(gòu)化網格的複雜(za)物理模型，并針(zhēn)對💔不同物理問(wèn)題的流動特點(dian)創建出不🐉同的(de)數值解法［6］。用戶(hù)❤️可根據實際需(xu)求自由選擇，以(yi)便在計算速度(dù)、穩定性和精度(du)✔️等方面達到好(hao)的，提♈高設計效(xiào)率。
　　關于渦街流(liú)量計的發生體(tǐ)數值模拟研究(jiū)，主要集中在渦(wo)街發生體形狀(zhuang)和尺寸上［7－10］。Ｙａｍａｓａｋｉ指出(chu)發生體的形狀(zhuang)與幾何參數和(hé)渦街流量計的(de)流量特性（儀表(biǎo)系數、線性🌍度、重(zhòng)複性、測量範圍(wéi)）與阻力特性存(cún)在相當☂️大的關(guan)聯關系。Ｓ．Ｃ．Ｌｕｏ等人研(yán)究旋渦發生體(ti)尾㊙️緣形狀以及(jí)迎流角度對渦(wō)街性能的影響(xiang)，在風洞和水槽(cáo)實🌐驗中，得出在(zài)全長相等的情(qing)況下，旋渦強度(du)随尾緣夾角的(de)增大而減小。彭(peng)傑㊙️綱等人在50mm口(kǒu)徑管道氣流量(liang)🐇實驗中，通過對(duì)不同尾緣夾角(jiao)角度的旋渦發(fā)生♍體進行實驗(yàn)研究，得出旋渦(wo)發生體尾緣的(de)夾角爲🔴41．8°時具有(you)很好的線性度(dù)。賈雲飛等人通(tong)過對二維渦街(jie)流場中的壓力(lì)場進行數值仿(páng)真研究，得出Ｔ形(xing)發生體産生的(de)旋渦信号的強(qiang)度要優于三角(jiǎo)柱發生體。
　　渦街(jie)流量計利用流(liu)體振動原理進(jin)行流量測量［11］。選(xuǎn)取😘了應力式渦(wō)街流量計進行(hang)研究。它通過壓(yā)電檢測元件獲(huo)取電壓頻率，再(zài)根據流體流量(liàng)與渦街頻率成(cheng)正✂️比得出被測(cè)流量。在過♌去的(de)渦街流量計研(yán)究中，一直将研(yan)究重點放在真(zhen)實流場實驗中(zhong)，但這需要重複(fú)更換口徑、調節(jiē)流量，大大降低(dī)了工作效率。爲(wei)解決此問題，采(cai)用三維渦街流(liú)場數值分🚶‍♀️析的(de)方法對内部流(liú)場☂️的變化進行(háng)研究。
　　通過FLUENT軟件(jian)對三維渦街流(liu)場進行數值仿(páng)真，并将不㊙️同流(liú)速下🐆的👄升、阻力(lì)系數進行比較(jiao)，驗證數值仿真(zhēn)可行性。并通過(guò)㊙️改變管截面與(yǔ)截流面之間的(de)夾角，在低、中、高(gāo)速流🔞速下，進🔞行(hang)取壓🈲，最終得出(chu)随着夾角的不(bú)同，信号強度不(bu)同。夾角在1°～7°範圍(wéi)，對信号強度的(de)衰減影響不大(dà)，超過7°以後對信(xin)号強度影響變(biàn)大，并随着流速(sù)的增🏃‍♂️加，趨勢越(yuè)來越強。
2升、阻力(lì)系數
　　旋渦脫落(luo)時，流體施加給(gěi)柱體一個垂直(zhí)于主流的周期(qi)性交變作用力(lì)，稱爲升力［12］。由于(yu)柱體兩側交替(ti)的釋放旋渦時(shí)，剛釋放完渦流(liú)的一側柱面，擾(rǎo)流改善，側面總(zǒng)壓力降低；将要(yào)釋放渦流的另(lìng)一側柱面，擾流(liú)較差，側面總壓(yā)力較大，從而形(xing)成一個作用在(zai)㊙️三角柱上、方向(xiang)總是指向剛釋(shi)放完渦流那一(yi)側的作用力，所(suo)以升力的交變(bian)頻率和旋渦的(de)脫落頻率🍉一緻(zhi)，升力的變化♍規(gui)律和旋渦的變(biàn)化規律一緻，因(yin)而通過監視柱(zhù)面上的升力變(biàn)化規律，可以反(fan)映旋渦脫落規(guī)👣律。阻力系數反(fan)映的🍓是柱體迎(ying)流方向上🌍的作(zuo)用力變化情況(kuàng)，每當柱體兩側(cè)不管哪一邊的(de)🔱釋放旋渦一次(cì)，迎流方向上的(de)作用力都會随(suí)壓力🌈變化🔞有規(guī)律地變化一次(ci)🈲，因此，升🏃力系數(shù)變化的一個周(zhōu)期内，阻力系數(shu)變化爲兩個周(zhōu)期♈。
3三維渦街流(liu)場模拟的可行(hang)性分析
3．1幾何建(jiàn)模與網格劃分(fèn)
　　圖1是在ANSYS Workbench中建立(lì)的三維渦街流(liú)量計幾何模型(xíng)。其中管道口徑(jìng)50mm，管道長1000mm，旋渦發(fā)生體截流面寬(kuān)度14mm，管截面與截(jie)流面夾角爲α。

對(duì)幾何模型進行(háng)非結構網格劃(hua)分，作爲數值模(mó)拟的載體，如圖(tu)2所示。

3．2仿真參數(shu)設置
在FLUENT中，三維(wei)渦街流場參數(shu)設置如下：
1）流體(ti)：空氣（ａｉｒ）；
2）湍流模型(xing)：Renormalization-group(RNG)ｋ－ε模型；
3）邊界條件(jian)
①流速入口邊界(jiè)：根據需要設置(zhi)不同流速、湍流(liu)動能和耗散率(lü)；
②壓力出口邊界(jie)：零壓；
4）求解器：基(ji)于壓力的三維(wéi)雙精度瞬态求(qiú)解器；
5）數值計算(suan)過程：SIMPLE算法。
3．3升、阻(zu)力變化頻率的(de)計算結果及分(fen)析
圖3所示速度(dù)等值。三維渦街(jie)流場在夾角爲(wei)0°，入口流🔴速爲5m/s的(de)情況下的速度(dù)等值線圖。

　　通過(guò)仿真模拟，圖4給(gěi)出流速ｕ＝5m/s時，作用(yòng)在三角柱上的(de)升力🈲系數和阻(zu)力系數變化曲(qu)線。由圖5升力系(xì)數的ＦＦＴ曲線可以(yǐ)看出其頻率爲(wèi)ＦＬ＝87．92Ｈｚ。從圖6阻力系數(shù)的ＦＦＴ曲線可以看(kan)出其頻率爲ＦＤ＝176．43Ｈｚ，約(yue)爲升力系數變(bian)化頻率的2倍。



　　爲(wèi)了驗證将FLUENT用于(yu)渦街流量計的(de)三維流場仿真(zhēn)的可🔱行性，對不(bu)💃同流速下的升(shēng)、阻力頻率進行(háng)比較，如表1所示(shi)。可以看♊出阻✨力(lì)系數變化頻率(lǜ)是升力系數變(bian)化頻率的2倍，說(shuo)明用FLUENT進行渦街(jie)流量計的三維(wei)仿真是可行的(de)。

4仿真結果
　　基于(yú)上述通過升、阻(zǔ)力變化頻率的(de)關系驗證出利(li)🌈用FLUENT對三維渦街(jie)流場進行仿真(zhēn)是可行的。應用(yòng)FLUENT對截流夾✍️角、流(liu)📐速和信号👄強度(du)之間的關系進(jìn)行了仿真🍉研究(jiū)。分别取7m/s、40m/s和70m/s的流(liu)速，α的角度在0°～10°範(fàn)圍🌏内取值（發生(shēng)體的安裝偏差(cha)一般🚩不會超過(guò)10°），進行數值仿真(zhen)。記錄信号強度(dù)，如表2所示。

　　将表(biǎo)2的數據繪制成(cheng)圖7，将圖7中流速(sù)爲7m/s的數據放大(dà)✔️如圖8所示。觀察(chá)圖7、8，可以直觀的(de)反應出夾角、流(liú)速與信号強度(du)的關系變化。通(tōng)過對比這3張圖(tú)可以看出，信号(hao)強度随着夾角(jiao)、流速的不同而(ér)不同。并從圖中(zhōng)得出結論：
1）渦街(jie)的信号強度與(yu)流速成正比，随(suí)着流速的增加(jia)，旋渦脫落頻率(lü)信号強度會顯(xian)著增加。
2）在流速(sù)相同的情況下(xià)，随着夾角的增(zeng)大，信号強度逐(zhú)漸減小，并随着(zhe)夾角的增大，信(xìn)号強度的衰減(jian)程度也逐漸增(zēng)大👌。夾角在1°～7°範圍(wéi)，對信号強度的(de)衰減影響不大(da)，可忽略，超過7°以(yǐ)後對信号強度(du)影響變大，不✉️可(kě)忽略3）在夾角相(xiàng)同的情況下，随(sui)着流速的增大(dà)，信号強度衰減(jiǎn)趨勢越來越明(míng)顯。


5結論
　　流場仿(pang)真在渦街流量(liang)計的設計和完(wan)善中正變得越(yuè)來越重要，它通(tōng)過理論支持指(zhi)導仿真的可實(shi)施性，并🚩将仿真(zhen)結論用于實驗(yàn)中，提高效率。通(tōng)過模拟三維渦(wo)街流場三角柱(zhù)繞流現象，将升(sheng)❗、阻力頻率進行(háng)對比，驗♉證了可(ke)将FLUENT用于三維渦(wo)街流場的仿真(zhēn)中。并從不同流(liú)速和不同截流(liu)夾角兩方面分(fen)别考慮，對比分(fen)析了三維渦街(jiē)信号的信号強(qiáng)度，得出夾角在(zài)1°～7°範圍，對信号強(qiáng)度的影響不大(dà)，超過了7°以後影(yǐng)響㊙️變大。從而爲(wèi)以後的實驗做(zuo)出理論指導。進(jin)一步的研究可(kě)以通過對不同(tong)形狀的旋渦發(fa)生體取不同🐆截(jie)流夾角和不同(tong)流速進行仿真(zhen)對比研究。

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