摘要:爲(wèi)了研究(jiu)渦街流(liú)量計 内(nei)部流場(chang)結構,通(tōng)過GAMBI軟件(jiàn)的非結(jié)構化網(wǎng)格技術(shù)和FLUENT軟件(jiàn)的RNGke模型(xíng)對渦街(jiē)流量計(jì)的流場(chang)進行了(le)三維數(shu)值模拟(nǐ),描繪了(le)渦街産(chan)生和脫(tuō)落過程(cheng),着重分(fèn)析了壁(bi)面壓力(lì)分布随(sui)渦街脫(tuo)落的演(yǎn)變情況(kuàng)。結果表(biǎo)明:渦街(jie)流場中(zhōng)靠近旋(xuan)渦發生(sheng)體的壁(bi)面靜壓(yā)有較明(míng)顯的波(bō)動,在距(jù)離旋渦(wō)發生體(ti)一定範(fàn)圍内,越(yue)靠近旋(xuan)渦發生(sheng)體,靜壓(ya)幅度越(yue)大;而在(zài)對稱于(yú)管道軸(zhóu)線的位(wei)置,壁⭐面(mian)靜壓幅(fu)度相等(děng),相位相(xiang)反。該研(yan)究爲優(yōu)✂️化渦街(jie)流量計(ji)的結構(gòu)設計和(he)測量性(xing)能🈲提供(gòng)了有益(yì)的參考(kǎo)。
0引言
　　渦(wō)街流量(liang)計是近(jin)年發展(zhǎn)勢頭良(liang)好.優點(dian)突出的(de)一類新(xin)型💃流❌量(liàng)測量裝(zhuāng)置。它利(lì)用在特(te)定的流(liu)動條件(jiàn)下流體(ti)部分動(dong)能産生(shēng)流體振(zhèn)動,且振(zhèn)動頻率(lǜ)與流量(liang)成正比(bǐ)這一特(tè)征關系(xi)來進✔️行(hang)工作。隻(zhī)要采用(yong)合适的(de)檢測方(fang)法從與(yǔ)渦街脫(tuo)落相伴(ban)的周期(qī)振動的(de)流速、壓(ya)力中提(tí)取出頻(pín)率,那麽(me),就可以(yǐ)得到管(guǎn)道内被(bèi)測流體(tǐ)的🐇流🌂量(liang)值川。渦(wō)街流量(liàng)計的性(xìng)能在很(hěn)大程度(dù)上受到(dào)渦街流(liú)場結構(gòu)及其内(nei)部參數(shu)的時空(kōng)🚶‍♀️分布的(de)影響。因(yīn)此,研究(jiu)渦街流(liu)量計内(nei)部🔴流動(dong)特性㊙️對(duì)優化其(qí)🔞測量性(xìng)能具有(yǒu)十分重(zhòng)要的意(yi)義。
　　由于(yú)旋渦發(fā)生體的(de)阻流作(zuo)用,渦街(jie)在管道(dao)内的流(liú)✂️動是🛀強(qiang)烈的非(fei)線性時(shí)變湍流(liú),難以解(jie)析地求(qiu)得流場(chang)分布情(qíng)況,所以(yi),至今人(ren)們對旋(xuan)渦發生(shēng)體後旋(xuán)渦形成(chéng)和脫落(luo)過程的(de)認識幾(ji)乎全部(bu)依賴于(yú)經驗和(he)實驗。随(sui)着計算(suan)機技術(shu)的飛速(sù)發展,建(jian)立在經(jīng)典流🈲體(ti)力學與(yǔ)數值方(fāng)法基礎(chu)上的計(jì)算流體(tǐ)動力學(xué)爲⛷️人們(men)研究複(fu)雜流動(dòng)問題提(ti)供了一(yi)種有效(xiao)的解決(jue)方法,通(tong)過計算(suàn)機數值(zhi)計㊙️算方(fang)法和圖(tú)像顯示(shi)技術,可(ke)以得到(dao)在時間(jian)和👄空間(jiān).上定量(liàng)描述流(liú)場的數(shu)值解。
　　目(mu)前,人們(men)對渦街(jie)流場的(de)數值模(mo)拟逐漸(jian)從二維(wéi)過渡到(dào)和渦方(fang)法等。國(guó)内外研(yán)究人員(yuan)采用了(le)各種數(shu)😄值算法(fǎ)對不同(tóng)形狀旋(xuan)渦發生(shēng)體在不(bú)同雷諾(nuo)數下進(jìn)行了模(mo)拟計算(suàn)。總體.上(shang)說來,在(zài)雷諾數(shù)較小時(shi),數值模(mo)拟的☎️結(jié)果與實(shi)際情況(kuàng)符💞合較(jiào)好,但是(shì),在雷諾(nuò)🌈數較大(dà)時,各種(zhǒng)因素對(dui)渦街的(de)影響十(shí)分複雜(za),數值模(mo)拟的結(jié)果還不(bu)盡如人(ren)意,許多(duo)問題還(hái)待于進(jìn)一步深(shēn)入研究(jiū)。
　　本文利(lì)用先進(jìn)的計算(suan)流體力(li)學軟件(jiàn)FUENT及其前(qián)處理軟(ruan)件🔴GAMBII對渦(wō)街流量(liàng)計内壁(bi)面壓力(li)分布進(jin)行了數(shu)值模拟(ni),目的在(zai)于🈲獲得(de)♌關于渦(wo)街流量(liang)計内部(bu)流場的(de)定性或(huo)🐪半定量(liang)的認識(shi),爲優化(huà)渦街流(liu)量計的(de)結構🙇‍♀️設(shè)計和測(ce)🤩量性能(neng)提供有(yǒu)益的參(can)考。
1計算(suàn)域和網(wǎng)格
　　在模(mo)拟過程(cheng)中,渦街(jiē)流量計(ji)的計算(suàn)域簡化(huà)爲具有(yǒu)圓形進(jin)出😍口邊(biān)界的軸(zhou)對稱三(san)維幾何(hé)模型,坐(zuo)标原點(dian)設在旋(xuán)🔞渦發生(shēng)體👈迎流(liu)面的中(zhong)心,如圖(tú)1所示。管(guǎn)道内徑(jing)爲🌈50mm,旋渦(wo)發生體(ti)爲梯形(xing)柱體,迎(yíng)流面寬(kuan)度爲14mm.圖(tú)1給出了(le):=0截面(=軸(zhóu)方向垂(chui)直紙面(miàn)🌐向外)管(guan)道和旋(xuán)渦發🔴生(sheng)體的二(èr)維計算(suan)域及其(qi)網格的(de)示意圖(tu)。爲了真(zhēn)實❓地模(mó)拟實際(jì)流動狀(zhuang)況，利用(yòng)GAMBI軟件生(shēng)成了非(fei)結構化(hua)🧡的三角(jiǎo)網格。由(yóu)于🔆旋渦(wō)發生體(tǐ)附近流(liú)場變化(hua)劇烈,因(yīn)此,對其(qi)周圍的(de)網格進(jìn)行了局(ju)部加密(mi)處理。不(bu)同🛀🏻流速(sù)的流動(dòng)情況通(tōng)過🌈改變(biàn)入🌍口速(su)度來模(mó)拟。各求(qiu)解變量(liàng)收斂殘(cán)差值設(shè)置爲1x105。入(rù)口邊界(jiè)設置爲(wei)沿管🌂道(dao)軸向均(jun)勻速度(du)入口,其(qi)他方向(xiang)速度均(jun1)爲0。出口(kǒu)邊🐪界設(she)置爲壓(ya)力出口(kou),壓力🏃出(chu)口處的(de)表壓爲(wèi)0。管道和(he)旋渦發(fa)生體均(jun)設置爲(wèi)固體,并(bìng)且,壁面(mian)處無滑(huá)移。
 
2控(kong)制方程(chéng)和計算(suàn)參數
　　與(yu)其他流(liu)動過程(cheng)相同,渦(wō)街流動(dong)的數學(xué)模型也(ye)是♋建立(lì)在質量(liàng)☔守恒定(ding)律.上的(de)連續方(fāng)程、動量(liàng)守恒定(ding)律上的(de)運動方(fāng)程和熱(re)力學第(dì)一定律(lü).上的本(běn)構方程(cheng)基礎上(shang)的。綜合(he)考慮😄仿(pang)真精🔞度(du)和計算(suàn)成本,采(cai)用RNGke兩方(fang)程模型(xing)。
　　雷諾平(ping)均NavierSlokes方程(cheng)組爲
 
　　式(shi)中μ爲流(liu)體動力(li)粘度;μt爲(wèi)流體湍(tuān)動粘度(du);δtf爲Koneck符号(hào);k爲湍流(liu)脈動動(dòng)能。
 
　　式中(zhong)Gk爲湍流(liú)動能生(sheng)成項;Gb爲(wèi)湍流動(dong)能擴散(san)項;ε爲流(liú)體📐脈動(dong)動能的(de)耗散率(lü);YAT爲湍流(liú)動能耗(hào)散項;αk,αs。分(fen)别爲kε的(de)逆有效(xiào)普朗特(te)數❗;Sk,S爲自(zì)👌定義源(yuan)項。
有效(xiào)粘度公(gong)式爲
 
3結(jié)果分析(xi)
　　圖2給出(chu)了介質(zhi)爲水、入(rù)口速度(du)爲15m.s1時的(de)渦街流(liu)場中靜(jing)壓和動(dong)壓的分(fen)布情況(kuang)。其他介(jie)質和入(rù)口速度(dù)時💘的計(ji)算結果(guǒ)相似。可(kě)以看出(chu):旋渦從(cong)渦街發(fā)生體兩(liang)側交替(ti)脫離形(xíng)成渦街(jiē),分離點(diǎn)在梯形(xíng)柱的銳(rui)邊上。流(liu)體流過(guo)旋渦發(fā)生體後(hou),旋渦在(zai)向下遊(yóu)🔱運動的(de)同時,旋(xuán)渦強度(dù)也逐漸(jian)由強變(bian)弱。相應(yīng)的,靜壓(yā)和動壓(ya)也都是(shi)在旋渦(wō)發生體(tǐ)附近較(jiao)強,在向(xiang)下遊運(yun)動的過(guo)程中強(qiáng)度也逐(zhu)漸減弱(ruò)❄️。顯然,旋(xuán)渦的周(zhou)期性變(bian)化使流(liú)場内各(ge)種參數(shu)都随之(zhī)發生交(jiāo)替的波(bō)動,因此(cǐ)，通過檢(jian)測渦街(jie)尾流中(zhong)周期變(biàn)化的某(mǒu)一參數(shù)可以獲(huò)取渦街(jie)流動特(tè)征。由于(yu)動壓的(de)檢測比(bǐ)較困難(nan),需要将(jiang)測量件(jian)❄️伸入管(guan)道内,因(yin)此,不适(shì)宜作爲(wèi)反映渦(wō)💯街特性(xìng)的被測(ce)特征參(can)數。而管(guǎn)壁處靜(jìng)壓的測(ce)量相對(dui)來說要(yao)簡單容(rong)易得多(duō),取壓裝(zhuang)置垂直(zhi)于流動(dong)方向且(qie)位于管(guǎn)壁上,同(tong)時其值(zhi)隻需采(cǎi)用普通(tōng)的動态(tai)壓力傳(chuán)感器即(ji)可測得(de)。
 
　　爲了定(ding)量比較(jiào)渦街流(liú)場空間(jian)中不同(tong)位置處(chù)靜壓的(de)🥰大小,圖(tú)3給出了(le)靜壓在(zài)計算域(yu)中平行(hang)流向的(de):=0,y=245mm和👄垂直(zhí)流向的(de):=0,x=25mm兩條直(zhi)線上的(de)計算結(jié)果。可以(yǐ)看到,渦(wo)🌈街流場(chǎng)中靠近(jin)旋渦發(fa)生體管(guan)壁處的(de)靜壓有(you)較明♊顯(xiǎn)的波動(dòng),，沿流動(dòng)方向靜(jing)壓在0~50mm區(qū)間内波(bō)動明顯(xian)、幅度最(zui)大,即在(zài)💰距離旋(xuan)渦發生(shēng)體一定(dìng)範㊙️圍内(nèi),越靠近(jìn)旋渦發(fa)生體,靜(jing)壓幅度(du)越大;而(ér)👉在垂直(zhi)流動方(fāng)向上管(guǎn)道内壁(bì)處的靜(jing)壓也具(ju)有較大(da)的❗幅度(du)。圖4給出(chū)了計🧑🏾‍🤝‍🧑🏼算(suan)域中:=0平(ping)面上一(yi)對軸對(dui)稱管壁(bi)處監測(ce)點P1(10,245,0)和Pi(10,24.5,0)靜(jìng)壓的計(jì)算值。從(cong)圖中可(ke)以看出(chū):管壁處(chu)軸對稱(cheng)☁️的2點靜(jìng)壓波動(dong)的幅度(du)和頻率(lǜ)相等而(er)相位相(xiàng)💁反,因此(ci)，若💞在靠(kào)近旋渦(wo)發生體(tǐ)的軸對(dui)稱管壁(bi)上設置(zhi)兩個取(qǔ)👌壓點測(ce)量差壓(ya),則可構(gòu)成差動(dòng)結構,獲(huo)得的信(xìn)号更強(qiáng)便于檢(jian)🐅測,通過(guò)測得的(de)靜壓差(cha)🌈可以🏃檢(jian)測管内(nèi)渦街流(liu)動特性(xìng)。
 
4結束語(yu)
1)流體流(liú)過旋渦(wo)發生體(ti)後,旋渦(wo)在向下(xia)遊運動(dong)的同時(shi)，旋🌈渦強(qiáng)度逐漸(jiàn)由強變(bian)弱,旋渦(wo)的周期(qi)性變化(hua)使流場(chang)内靜壓(yā)和動壓(yā)等各種(zhong)參數都(dou)随之發(fa)生交替(tì)的波動(dong)💃;
2)渦街流(liu)量計中(zhong)靠近旋(xuán)渦發生(sheng)體的壁(bì)面靜壓(yā)有較明(ming)顯的‼️波(bo)動,在距(jù)離旋渦(wō)發生體(tǐ).定範圍(wéi)内,越靠(kào)近旋渦(wo)發生🐆體(ti),壁🏃面靜(jìng)壓幅度(dù)越大,而(ér)在對稱(cheng)于管道(dào)軸線的(de)位置,壁(bì)面靜壓(yā)幅度相(xiang)等而相(xiàng)位相反(fan)。.
　　總之,渦(wō)街流量(liang)計内壁(bi)面壓力(li)可以較(jiao)好地表(biǎo)征渦🎯街(jiē)脫落的(de)📞過程,通(tong)過采用(yòng)合适的(de)檢測和(he)信号處(chù)理方法(fǎ)可以使(shǐ)人🌍.們從(cóng)多個角(jiǎo)度來提(tí)取渦街(jiē)特性。并(bìng)且,關于(yu)渦街流(liú)量計内(nei)部流場(chang)的定性(xing)或半定(ding)量的🙇‍♀️認(ren)識将有(you)助于優(yōu)化渦街(jie)流量計(ji)的結構(gou)設計及(jí)其測量(liàng)性能。

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