摘(zhāi)要：通常(cháng)大口徑(jìng)管道的(de)流體流(liú)速較低(dī),根據渦(wō)街流量(liang)計 原理(li),其産生(sheng)的渦街(jiē)信号頻(pin)率和幅(fu)值也很(hěn)低、傳統(tong)的懸臂(bì)粱式渦(wō)街探頭(tou)在大口(kou)徑管道(dào)上應用(yong)時,由于(yu)其相對(duì)管道🐅中(zhong)軸線的(de)距離更(geng)遠,受管(guan)道振動(dòng)的影響(xiang)更大,無(wú)法⭐很好(hao)地♻️進行(hang)測量采(cai)用數值(zhi)仿真軟(ruǎn)件平台(tái)Ansys+Workbench+Fluent對大口(kou)徑渦街(jie)流量計(ji) 管道發(fa)生體處(chu)的流場(chang)特性進(jin)行了分(fèn)析根據(jù)分析得(de)出的結(jié)論結合(he)大口徑(jìng)管道發(fa)生體的(de)機械特(te)性,提出(chu)了位于(yú)發生體(ti)處基于(yú)差壓原(yuan)理的旋(xuan)渦頻率(lü)檢測方(fāng)案。
　　大口(kǒu)徑渦街(jiē)流量計(ji)(指管道(dào)直徑超(chāo)過300mm)主要(yao)用于工(gōng)✏️業管道(dào)🚶‍♀️中天然(rán)氣、蒸汽(qi)、氮氣、氫(qing)氣、空氣(qì)等介質(zhì)的流✍️量(liang)計量。例(lì)如：“西☔氣(qì)東輸”、“俄(e)🌈氣南下(xià)”等工程(chéng)中需要(yào)用到大(da)量✊的大(dà)口㊙️徑渦(wo)街流垣(yuan)計進行(hang)流量計(jì)量。
　　國内(nei)外對于(yú)渦街流(liu)量計的(de)研究主(zhu)要集中(zhong)在中小(xiao)👄口徑,對(dui)于大口(kou)徑渦街(jie)流量計(ji)的研究(jiū)很少。本(ben)課題的(de)主要來(lai)源是作(zuo)者所在(zai)的課題(ti)組在現(xiàn)場調試(shi)傳統懸(xuán)臂式渦(wo)街💛流量(liang)計💁時發(fa)現🈚當管(guǎn)道口徑(jing)超過250mm時(shi)🈲,提取到(dào)的渦街(jie)信号波(bō)形嚴重(zhòng)失真。對(duì)懸臂式(shi)渦街探(tan)進行改(gai)進,增加(jiā)探頭的(de)插入深(shen)度,又極(ji)易引起(qi)共㊙️振,帶(dài)來更大(da)的幹擾(rǎo)信号因(yin)此,需要(yào)研究新(xin)的旋渦(wō)頻率檢(jian)測方案(an)。
1渦街流(liu)量計工(gōng)作原理(li)
　　渦街流(liu)量計利(lì)用流體(ti)振動原(yuan)理進行(háng)流量測(ce)量,在特(te)定的流(liú)動條件(jiàn)下,流體(tǐ)一部分(fen)動能轉(zhuan)化爲振(zhèn)動♍,其振(zhèn)動頻率(lü)與流速(sù)(流量)有(yǒu)确定的(de)比例關(guan)系。基本(ben)原理是(shì)_2]：在與被(bei)測介質(zhì)🆚流向垂(chui)直的方(fāng)向放置(zhì)一非🈲流(liu)線型旋(xuán)🍉渦發生(sheng)體,當流(liu)體流過(guò)該旋渦(wō)🈲發生體(ti)時,在發(fa)生體阻(zu)擋面後(hòu)方兩💘側(ce)交替地(dì)分離釋(shi)放出兩(liǎng)列規則(zé)的交👣錯(cuò)排列的(de)旋渦,稱(cheng)爲馮·卡(ka)爾曼渦(wo)街,如圖(tu)1所示。

旋渦(wō)脫落頻(pín)率f與發(fā)生體兩(liang)側的平(ping)均流速(sù)V之間存(cun)在如下(xia)關系式(shì)

　　式中,S爲(wèi)斯特勞(láo)哈爾系(xì)數；d爲發(fa)生體迎(yíng)流面的(de)寬度,單(dan)化爲m。斯(si)☔特勞哈(ha)爾系數(shu)在很寬(kuan)的一段(duan)雷諾數(shu)範🐕圍内(nèi)可保持(chí)不💔變。因(yīn)此測得(de)頻率就(jiù)能得到(dao)流速。
2大(dà)口徑管(guan)道渦街(jiē)流場仿(páng)真
　　ANSYSWorkbench仿真(zhen)協同平(píng)台是通(tōng)過對産(chan)品研發(fa)流程葉(ye)1仿真環(huán)境的開(kai)發與實(shi)施,搭建(jian)一個集(ji)成多學(xue)科異構(gou)CAE技術的(de)仿真系(xì)統,使得(dé)整❌個建(jian)模、仿真(zhēn)、分析、前(qian)後處理(li)無縫鏈(liàn)接。
　　FLUENT軟件(jian)運用CFD軟(ruǎn)件群的(de)思想,具(ju)有許多(duo)優化的(de)理模型(xing)。同🚶時采(cǎi)用r多🌍種(zhong)求解,『法(fa)和多重(zhong)『舣1絡加(jiā)速收斂(lian)技術,以(yi)此來達(da)到最佳(jiā)的收斂(lian)精度FLUENT可(kě)以很舭(bǐ)的州測(cè)到🈲内部(bù)流場的(de)變化,通(tong)過仿真(zhēn)結果來(lái)指物理(li)實驗、
2．1幾(ji)何模型(xing)的建與(yu)網格劃(hua)分
　　利用(yong)ANSYSWorkbench—Geometry和ANSYSWork—bench—Mesh作爲(wèi)FLUENT的前處(chu)理模塊(kuai),對所研(yán)究的流(liú)場進行(háng)幾💋何⭐建(jian)模和🔴網(wang)格劃分(fen)。在Geometry中建(jian)立大口(kǒu)徑管道(dao)二維幾(jǐ)何模型(xíng),如圖2和(hé)圖3所示(shì)。

　　旋渦産(chan)生于發(fa)生體處(chu),故将發(fā)生體處(chù)的網格(gé)細化,選(xuan)用三❤️角(jiao)形網格(ge),大小爲(wei)6mm。’爲節省(shěng)計算資(zi)源将前(qian)後兩部(bu)🔴分的網(wǎng)格設置(zhì)😍爲四邊(bian)形網格(ge),大小爲(wei)24mm。整個網(wang)🍉格劃分(fèn)4所示。總(zǒng)📞網格數(shu)爲139194,網格(ge)質量很(hěn)好。

2．2FLUENT仿真參(cān)數的設(shè)
将Mesh中劃(huà)分好的(de)網格文(wen)件導入(ru)FLUENT,進行計(jì)算設置(zhì)FLUENT的仿真(zhen)參數㊙️如(rú)下⛹🏻‍♀️：
1)求解(jie)器(solution)：基于(yu)壓力的(de)二維雙(shuāng)精度瞬(shùn)态(Transient)求解(jiě)器。
2)流體(ti)：空氣,密(mi)度1．225kg/rn3,運動(dong)粘度1．7894xl0-5m2/s。
3)邊(biān)界條件(jiàn)(Boundarycondition)：人口,流(liu)速入口(kǒu)(veloci—ty—inlet),根據需(xu)要設置(zhi)不同的(de)流速；出(chū)💯口,壓㊙️力(li)✍️出口(pres—sure—outlet),零(ling)壓。
4)非穩(wěn)态計算(suàn)時間步(bù)長(timestepsize)：時間(jian)步長取(qu)決的網(wǎng)格大小(xiao)ΔX與流速(sù)V。一般取(qu)時間步(bù)長T=ΔX/V,根據(jù)波形再(zai)作适當(dang)的調🈲整(zhěng)
5)湍流模(mó)型：RNGK—?模型(xíng)。
6)監測點(dian)：監測參(cān)數爲渦(wō)街靜态(tai)壓力(Ve~exAverageStaticPressure),具(ju)體位置(zhi)如圖5所(suo)示。差壓(yā)傳感器(qì)放置位(wei)置爲将(jiang)發生體(tǐ)的三角(jiǎo)形邊三(sān)等分。

2．3仿(pang)真數據(jù)記錄
　　将(jiāng)氣體流(liú)速分别(bie)設置爲(wei)5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s。運行100步(bù)之後,波(bo)形呈現(xian)周期性(xìng)。空氣流(liu)量爲5m/s時(shí)渦街流(liu)場的靜(jing)壓、速度(du)參數的(de)♻️分布情(qing)況如圖(tu)6所示。對(dui)穩定後(hou)的波形(xíng)作傅裏(li)葉變換(huan),如圖7所(suo)示。

表1～表5依(yi)次爲氣(qi)體流速(su)爲5m/S、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s時不(bú)同取壓(yā)位置的(de)信号記(jì)錄。


2.4數據(ju)分析
　　從(cong)表1～表5中(zhōng)我們可(kě)以看出(chū),當取壓(yā)位置位(wei)于發生(sheng)體後💁時(shi),同一🏒流(liú)速下,壓(yā)力最大(da)的點位(wèi)于發生(shēng)體後1.5d處(chù),即P3處；當(dāng)取♉壓位(wèi)置位于(yu)發生體(ti)處時,同(tong)一流速(sù)下,壓🌈力(li)變化不(bú)大,隻有(yǒu)PD3明顯小(xiao)于PD2和PD1。爲(wèi)了兼顧(gù)到渦街(jie)信号的(de)穩定性(xing),應盡量(liàng)将差壓(ya)傳🐪感器(qi)安裝😍在(zài)離發生(shēng)體迎流(liu)遠的位(wèi)置,因此(cǐ)取PD2處。不(bu)同流速(sù)下P3和PD2處(chu)的壓🏃🏻力(li)對比,如(ru)圖8所示(shì)。

由圖8中(zhōng)曲線可(ke)知,PD2處的(de)壓力明(míng)顯大于(yú)P3處,且其(qí)值越爲(wèi)4倍關系(xi)。
3試驗結(jié)論
　　大口(kou)徑渦街(jie)信号發(fā)生體的(de)尺寸通(tong)常很大(dà),所以其(qi)結構爲(wei)🌈鋼闆拼(pin)接的中(zhōng)空結構(gòu)。發生體(tǐ)的沿管(guǎn)道方♻️向(xiàng)的長度(du)較長,足(zú)以保證(zheng)🐪渦街信(xìn)号穩定(ding)形成。且(qiě)由上面(mian)仿真的(de)結論可(ke)知PD2處的(de)渦♋街信(xìn)号強度(du)爲P3處的(de)4倍左右(yòu)。因此,本(běn)文提出(chū)了如圖(tú)9所示的(de)漩渦頻(pín)率檢🏒測(ce)裝置。

　　進(jìn)一步的(de)研究還(hai)需要制(zhì)作旋渦(wō)發生體(ti)實物,在(zai)實際的(de)大口徑(jìng)管道上(shang)驗證方(fang)案的可(kě)行性,測(cè)試其抗(kang)振動性(xìng)、重☎️複性(xing)等。

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