1 引言
   随着計(ji)算機技術、數(shù)值計算技術(shu)的發展，現代(dai)模拟💰仿真技(ji)術計算流體(tǐ)力學（computational　fluid　dynamics，CFD）也随之(zhī)而生。它是對(dui)純理論和純(chún)實驗方法很(hen)好的促進和(he)補充。CFD作爲一(yī)門新💋興學科(ke)，它力求通過(guo)數值實驗替(tì)代實物實驗(yan)，采用虛拟流(liú)場來模拟真(zhēn)實流場内🈲部(bù)的流體流動(dong)情況，從而使(shi)得實驗研究(jiū)更加方便，研(yán)究場景更加(jia)豐富可編程(chéng)。
FLUENT軟件提供了(le)多種基于非(fēi)結構化網格(gé)的複雜物理(lǐ)模型，并針對(dui)💃不同物理問(wen)題的流動特(te)點創建出不(bu)同的數值解(jiě)法。用戶📧可根(gēn)據實際需求(qiu)自由選擇，以(yǐ)便在計💃🏻算速(su)度、穩定性和(he)精度等方面(miàn)達到最佳，提(ti)高設計效率(lǜ)。
  關于渦街流(liu)量計 的發生(shēng)體數值模拟(nǐ)研究，主要集(jí)中在渦街發(fā)生體形狀🌈和(hé)尺寸上。Yamasaki指出(chu)發生體的形(xing)狀與幾何參(cān)數和渦街流(liu)量計的流量(liang)🔴特性🏒（儀表系(xì)數、線性度、重(zhong)複性、測量範(fàn)圍）與阻力特(te)性存在相💞當(dang)大的⭐關聯關(guan)系。S.C.Luo等人研究(jiu)旋渦發生體(tǐ)尾緣形狀👣以(yi)及迎流角度(du)對渦街性能(neng)的影響，在風(fēng)洞和水槽實(shi)驗中，得出在(zai)全長相等的(de)情況下🏃🏻，旋渦(wo)強度随尾緣(yuan)夾角的增大(dà)🈲而減小。彭傑(jié)綱等人在50mm口(kǒu)徑管道氣流(liu)量實驗中，通(tōng)過對不🈲同尾(wei)緣夾角角度(dù)🏃🏻‍♂️的旋渦發生(shēng)體進行實驗(yàn)研究，得出旋(xuán)渦發生體尾(wei)緣的夾角爲(wèi)41.8°時具有很好(hao)的線性度。賈(jia)雲飛等人通(tong)過對二維渦(wo)街流場中的(de)壓力場進行(hang)數值仿真研(yan)究，得出⭐T形發(fā)生體産生的(de)旋渦♌信号的(de)強度要優于(yú)三角柱發生(shēng)體。
    渦街流量(liàng)計利用流體(ti)振動原理進(jin)行流量測量(liang)。選取了應力(lì)🚩式渦街流量(liàng)計進行研究(jiū)。它通過壓電(diàn)檢測元件獲(huò)取電壓頻率(lü)，再根據流體(tǐ)流量與渦街(jiē)頻率成正比(bǐ)得出被測流(liú)量。在過去的(de)渦街流量計(ji)研究中，一直(zhí)将研究重點(dian)放在真實流(liú)場實驗中，但(dan)這需要重複(fú)更換口徑、調(diào)節流量，大大(dà)降低了工作(zuò)效率。爲解決(jué)此問題，采用(yong)三維渦街流(liu)場數值分析(xī)的方法對内(nei)🧡部流場的變(biàn)化進行研究(jiū)。
    通過FLUENT軟件對(dui)三維渦街流(liú)場進行數值(zhi)仿真，并将不(bú)同流速下的(de)升、阻力系數(shu)進行比較，驗(yàn)證數值仿真(zhen)可行☂️性。并通(tong)過改變管截(jié)面與截流面(miàn)之間的夾角(jiao)⭐，在低、中、高速(su)流速下，進行(háng)取壓，最終得(dé)出随着夾角(jiao)的不同，信号(hao)強度不同。夾(jia)角在1°～7°範圍，對(duì)信号強度的(de)衰減影響不(bu)大，超過7°以後(hòu)對信号強度(dù)影響變大，并(bing)🈲随着流速的(de)增加，趨勢越(yuè)來越強。
2 升、阻(zǔ)力系數
    旋渦(wō)脫落時，流體(ti)施加給柱體(tǐ)一個垂直于(yú)主流的周期(qi)性交變作用(yòng)力，稱爲升力(li)。由于柱體兩(liang)側交替的釋(shì)放旋渦時，剛(gāng)釋放完渦流(liu)的一側柱面(mian)，擾流改善，側(cè)面♌總壓力降(jiang)低；将要釋放(fàng)渦流的🔞另一(yi)側柱面，擾流(liu)較差，側面總(zǒng)壓力較大，從(cóng)而形成一個(ge)作用在三角(jiǎo)柱上、方向總(zǒng)是指向剛釋(shì)放完渦流那(nà)一側的作用(yòng)力，所以♈升力(li)的交變頻率(lü)和旋渦的脫(tuō)落頻率📱一緻(zhì)，升力的變化(huà)規律和旋渦(wo)的變化規律(lǜ)一緻，因而通(tong)過監視柱面(miàn)上🔱的升力變(bian)化規律，可以(yǐ)反映旋渦脫(tuō)落規律。
    阻力(li)系數反映的(de)是柱體迎流(liu)方向上的作(zuò)用力變♍化情(qíng)況👈，每當🔅柱體(tǐ)兩側不管哪(nǎ)一邊的釋放(fàng)旋渦一次，迎(yíng)流方向上的(de)作用力都會(hui)随壓力變化(huà)有規律地變(bian)化一次，因此(ci)，升力系數變(bian)💋化的一💁個周(zhōu)期内，阻力系(xi)數變化爲兩(liang)個周期。
3 三維(wéi)渦街流場模(mo)拟的可行性(xìng)分析
3.1 幾何建(jiàn)模與網格劃(hua)分
圖1是在ANSYS　Workbench中(zhong)建立的三維(wéi)渦街流量計(jì)幾何模型。其(qí)中管道口徑(jìng)50mm，管道長1000mm，旋渦(wo)發生體截流(liú)面寬度14mm，管截(jie)面😘與截流面(mian)夾角爲α。

對幾(jǐ)何模型進行(hang)非結構網格(ge)劃分，作爲數(shu)值模拟的載(zǎi)體，如圖2所示(shi)。

3.2 仿真參數設(she)置
在FLUENT中，三維(wei)渦街流場參(cān)數設置如下(xia)：
1）流體：空氣（air）；
2）湍(tuān)流模型：Renormalization－group（RNG）k－ε模型(xíng)；
3）邊界條件
①流(liu)速入口邊界(jiè)：根據需要設(shè)置不同流速(sù)、湍流動能和(hé)耗散率；
②壓力(lì)出口邊界：零(ling)壓；
4）求解器：基(jī)于壓力的三(san)維雙精度瞬(shùn)态求解器；
5）數(shu)值計算過程(cheng)：SIMPLE算法。
3.3 升、阻力(lì)變化頻率的(de)計算結果及(ji)分析
圖3所示(shi)速度等值。三(sān)維渦街流場(chang)在夾角爲0°，入(rù)口流速爲❓5m/s的(de)💛情況下的速(su)度等值線圖(tú)。

    通過仿真模(mó)拟，圖4給出流(liú)速u＝5m/s時，作用在(zai)三角柱上的(de)❓升力系數和(hé)阻力系數變(biàn)化曲線。由圖(tú)5升力系數的(de)FFT曲線可以看(kan)出其頻率爲(wei)FL＝87.92Hz。從圖6阻力系(xi)數的FFT曲線可(ke)以看出其頻(pín)率♌爲FD＝176.43Hz，約爲升(shēng)力系數變化(hua)頻率的2倍。

    爲(wèi)了驗證将FLUENT用(yong)于渦街流量(liàng)計的三維流(liú)場仿真的可(ke)行性⭕，對不同(tong)流速下的升(sheng)、阻力頻率進(jìn)行比較，如表(biǎo)1所示。可以看(kàn)出阻力系數(shu)變化頻率是(shì)升力系數變(biàn)化頻率的2倍(bèi)✉️，說明用FLUENT進行(hang)渦☎️街流量計(ji)的三維仿🈲真(zhen)是可行⛱️的。

4 仿(páng)真結果
    基于(yú)上述通過升(shēng)、阻力變化頻(pin)率的關系驗(yan)證出利用FLUENT對(dui)三維❌渦💜街流(liu)場進行仿真(zhēn)是可行的。本(běn)節應用FLUENT對截(jie)流夾角、流速(sù)和信号強度(du)之間的關系(xì)進行了🌈仿真(zhen)研⛷️究。分别取(qu)7m/s、40m/s和70m/s的流速α的(de)角度在0°～10°範圍(wei)内取值（發生(sheng)體的安裝偏(piān)差💃一般不會(hui)🐇超過10°），進行✉️數(shu)值仿真。記錄(lù)信号強度，如(ru)表2所示🏃。

    将表(biao)2的數據繪制(zhi)成圖7，将圖7中(zhong)流速爲7m/s的數(shù)據放大💋如圖(tu)8所☂️示。觀察圖(tu)7、8，可以直觀的(de)反應出夾角(jiao)、流速與信号(hào)強度的關系(xì)變化。通過對(dui)比這3張圖可(ke)以看出，信号(hao)強度随着夾(jiá)角、流速的不(bu)㊙️同而不同。并(bìng)從圖中得出(chu)結論：
1）渦街的(de)信号強度與(yǔ)流速成正比(bǐ)，随着流速的(de)增加，旋⭕渦脫(tuō)落頻率信号(hào)強度會顯著(zhe)增加。
2）在流速(sù)相同的情況(kuàng)下，随着夾角(jiao)的增大，信号(hào)強度逐漸減(jiǎn)小，并随着夾(jiá)角的增大，信(xìn)号強度的衰(shuai)減程度也💁逐(zhú)漸增大。夾角(jiǎo)在1°～7°範❗圍，對信(xìn)号強度的衰(shuai)減影響不大(da)，可忽略，超過(guo)7°以🔅後對信号(hào)強度影響變(biàn)大，不可忽略(lue)。
3）在夾角相同(tóng)的情況下，随(sui)着流速的增(zeng)大，信号強度(du)衰減趨勢😄越(yuè)來越明顯。

5 結(jie)論
    流場仿真(zhen)在渦街流量(liang)計的設計和(he)完善中正變(bian)得越來越重(zhong)要，它通過理(lǐ)論支持指導(dǎo)仿真的可實(shí)施性，并将仿(páng)真結論用💃🏻于(yú)實驗中，提高(gāo)效率。通過模(mo)拟三維渦👅街(jie)流場三角柱(zhù)繞流現☎️象，将(jiāng)升😍、阻力頻率(lü)進🌍行對比，驗(yàn)證了可将FLUENT用(yong)于三維渦街(jie)流場的仿真(zhen)中🚶‍♀️。并從不同(tóng)流速和不同(tong)截流夾角兩(liang)方面分别考(kao)慮👣，對比分析(xī)了三🧑🏽‍🤝‍🧑🏻維渦街(jie)信号的信号(hào)強度，得出夾(jia)角在1°～7°範圍，對(duì)信号強度的(de)影響不大，超(chao)過了7°以後影(yǐng)響變大。從而(er)爲以後的實(shi)驗做出理論(lùn)指🧑🏽‍🤝‍🧑🏻導。進一步(bu)的研究可以(yǐ)🏃🏻通過對不同(tong)形狀的旋渦(wo)發生體取不(bú)同🆚截流夾角(jiao)和不同流速(su)進💘行仿真對(dui)比研究。

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