摘要：對于渦(wo)街流量計 的旋渦(wo)發生體的仿真研(yan)究主要集中在形(xing)狀和尺寸上，但在(zai)現場複雜工況環(huán)境的情況下，發生(shēng)體的位置并不是(shi)固🌂定不變的，會存(cún)在安裝偏差。爲了(le)很好的分析發生(shēng)體安裝🔆偏差帶來(lai)的信号強度發生(sheng)變化的問題，确定(dìng)不影響信号強度(dù)的最🈚大偏差角度(dù)，采用三角柱型發(fā)生體🧡，在Ansys+Workbench＋FLUENT數值仿真(zhen)軟件平台環境下(xia)，根據渦街流量計(ji)的實際物理結構(gòu)尺寸建立仿真模(mó)型👨‍❤️‍👨，并對其進行網(wǎng)格劃分、求解，将仿(pang)真得到的升、阻力(lì)頻率相比較，得出(chū)阻力頻率正🍉好是(shi)升力頻率的2倍✔️，表(biǎo)明可以利用FLUENT軟件(jian)對渦街流量計進(jìn)行三維流場數值(zhi)仿真。最後利用FLUENT軟(ruan)件，通過改變管截(jié)👈面與截流面的夾(jia)角，在低、中、高速流(liu)速下，對其進行取(qu)壓，将得到的信号(hào)強度和頻譜分布(bù)進行比較分析，得(de)出夾角與信号強(qiang)度的關系🏃🏻‍♂️：夾角在(zai)1°～7°範圍，對信🏃号強度(du)的影響❓不大，超過(guo)7°以後影響變大。
1引(yin)言
　　随着計算機技(ji)術、數值計算技術(shu)的發展，現代模拟(nǐ)仿真技術計算流(liu)體力學（cmputational fluid dynamics,CFD）也随之而(er)生［1］。它是對純理論(lun)和純實🛀🏻驗方法很(hen)好的促進和補充(chōng)。ＣＦＤ作爲一門新興學(xué)科，它力求通過數(shu)值實驗替代實物(wù)實驗，采用虛拟流(liu)場👌來模拟真🈲實流(liú)場内🈲部的流體流(liú)動情況，從而使得(dé)實驗研究更加❤️方(fāng)便，研究場景更加(jiā)豐富💚可編程［2－5］。
　　FLUENT軟件(jiàn)提供了多種基于(yú)非結構化網格的(de)複雜物理💋模型，并(bing)針🥰對不同物理問(wèn)題的流動特點創(chuàng)建出不同的數值(zhi)🔞解法［6］。用戶可根據(jù)實際需求自由選(xuan)擇，以便在計算速(su)度🈲、穩定性和精度(du)等方面達到好的(de)，提😍高設計效率。
　　關(guan)于渦街流量計的(de)發生體數值模拟(nǐ)研究，主要集😍中在(zài)🏃渦街發生體形狀(zhuang)和尺寸上［7－10］。Ｙａｍａｓａｋｉ指出發(fa)生體的形狀與🔅幾(jǐ)何參數和渦街流(liú)量計的流量特性(xìng)（儀表系數、線性度(dù)、重複🔞性、測量範圍(wéi)）與阻力特性存在(zai)相當👣大的關聯關(guān)系。Ｓ．Ｃ．Ｌｕｏ等人研究旋渦(wō)❄️發生體尾🙇‍♀️緣形狀(zhuàng)以及迎流角度對(duì)渦街性能的影響(xiǎng)，在風洞和水槽實(shi)驗中，得出在全長(zhang)相等的情況下，旋(xuán)渦強度随尾緣夾(jiá)角的增👅大而減小(xiao)。彭傑綱等人在50mm口(kou)徑管道氣流量實(shí)驗中，通過對不同(tóng)尾緣夾角角度的(de)旋渦發生🐆體進行(háng)實驗研究，得出旋(xuan)渦發生體尾緣的(de)夾角爲🔆41．8°時具有很(hěn)好的線性度。賈雲(yún)飛等人通過對二(èr)維渦👄街流場中的(de)壓力場進行數值(zhi)仿真研究，得出Ｔ形(xíng)發生體🔴産生的旋(xuán)渦信号的強度要(yao)優于三角柱發生(shēng)✨體。
　　渦街流量計利(li)用流體振動原理(li)進行流量測量［11］。選(xuan)取了應🥵力📐式渦街(jiē)流量計進行研究(jiu)。它通過壓電檢測(cè)元🏃🏻件獲取電🏃‍♀️壓頻(pín)率，再根據流體流(liu)量與渦街頻率成(chéng)正比得出🌈被測流(liu)量。在過去的渦街(jiē)流量計研究中，一(yī)直将研究重🌈點放(fàng)在真實流場實🛀🏻驗(yan)中，但這需要重複(fu)更換口徑、調節流(liu)量，大大降🛀🏻低了工(gong)作效🈲率。爲解決此(ci)問♻️題，采用三維渦(wō)街流場數值分💃🏻析(xi)的方法對内👌部流(liú)場的變化進行研(yán)究。
　　通過FLUENT軟件對三(sān)維渦街流場進行(hang)數值仿真，并将不(bú)同流速下的升、阻(zǔ)力系數進行比較(jiao)，驗證數值仿真可(kě)行🔞性。并通過改變(bian)管截面與截流面(mian)之間的夾角，在低(di)、中、高速流速下，進(jìn)行取壓，最終得出(chū)随着夾角的不同(tóng)，信号強度不🔆同。夾(jiá)角在1°～7°範圍，對信号(hao)強度的衰減影響(xiǎng)不大，超過7°以後🔴對(duì)信号強度影響變(biàn)大，并随着流速的(de)增加，趨勢越來越(yue)強。
2升、阻力系數
　　旋(xuán)渦脫落時，流體施(shi)加給柱體一個垂(chuí)直于主流的周期(qi)性交變作用力，稱(chēng)爲升力［12］。由于柱體(ti)兩側交替的釋放(fàng)旋🍓渦時🍉，剛釋放完(wán)渦流的一側柱面(miàn)，擾流改善，側面總(zǒng)壓力降低；将要釋(shì)放渦流的另一側(cè)柱面，擾流較差，側(ce)面總壓🔞力較大，從(cóng)而形成一💋個作用(yòng)在三角柱上、方向(xiàng)總是指向剛釋放(fàng)完渦流那一側的(de)作用力，所以升力(lì)的交變頻率和旋(xuan)渦的脫落頻率一(yī)緻，升力的變化規(guī)律和😍旋渦的變✏️化(huà)規律一緻，因而🤞通(tōng)過監視柱面上的(de)升力變化規律，可(ke)以反映旋渦脫落(luo)規律。阻力系數反(fǎn)映的是柱體迎流(liu)方向上的作用力(lì)變化情況，每當柱(zhù)體兩側不管哪一(yi)邊的釋放旋渦一(yī)次，迎流方向上㊙️的(de)作用力都會随壓(yā)力變化🎯有規律地(di)變化一次，因此，升(sheng)力系數變化的一(yī)♋個周期内，阻力系(xi)數變化爲兩個周(zhōu)期💔。
3三維渦街流場(chang)模拟的可行性分(fèn)析
3．1幾何建模與網(wǎng)格劃分
　　圖1是在ANSYS Workbench中(zhong)建立的三維渦街(jie)流量計幾何模型(xíng)。其中管道口徑50mm，管(guǎn)道長1000mm，旋渦發生體(ti)截流面寬度14mm，管截(jie)面與截🔴流面夾角(jiao)爲α。

對(dui)幾何模型進行非(fēi)結構網格劃分，作(zuo)爲數值模拟的載(zai)🌈體，如圖2所示。

3．2仿真參數(shu)設置
在FLUENT中，三維渦(wo)街流場參數設置(zhì)如下：
1）流體：空氣（ａｉｒ）；
2）湍(tuan)流模型：Renormalization-group(RNG)ｋ－ε模型；
3）邊界(jie)條件
①流速入口邊(biān)界：根據需要設置(zhì)不同流速、湍流動(dong)能和耗散率；
②壓力(li)出口邊界：零壓；
4）求(qiu)解器：基于壓力的(de)三維雙精度瞬态(tai)求解器；
5）數值計算(suan)過程：SIMPLE算法。
3．3升、阻力(lì)變化頻率的計算(suan)結果及分析
圖3所(suo)示速度等值。三維(wei)渦街流場在夾角(jiao)爲0°，入口流速爲5m/s的(de)情況下的速度等(děng)值線圖。

　　通過仿真(zhen)模拟，圖4給出流速(sù)ｕ＝5m/s時，作用在三角柱(zhu)上的升🚶‍♀️力系數和(he)🏃‍♂️阻力系數變化曲(qu)線。由圖5升力系數(shu)的ＦＦＴ曲線可以看出(chū)💯其頻率爲ＦＬ＝87．92Ｈｚ。從圖6阻(zǔ)力系數的ＦＦＴ曲線可(ke)以看出其頻率⭕爲(wèi)ＦＤ＝176．43Ｈｚ，約爲升力系數變(bian)化頻率的2倍。



　　爲了(le)驗證将FLUENT用于渦街(jiē)流量計的三維流(liú)場仿真的📞可行性(xing)，對💰不同流速下的(de)升、阻力頻率進行(hang)比較，如表1所示。可(kě)☎️以看出阻力系數(shu)變化頻率是升力(li)系數變化頻👄率的(de)2倍，說明用FLUENT進行渦(wo)街流量計的三維(wéi)仿真是可行的。

4仿(páng)真結果
　　基于上述(shu)通過升、阻力變化(huà)頻率的關系驗證(zhèng)出利用FLUENT對✔️三💃🏻維✨渦(wō)街流場進行仿真(zhen)是可行的。應用FLUENT對(dui)截流夾角、流速和(hé)信号強度⁉️之間的(de)關系進行了仿真(zhen)研究。分别取7m/s、40m/s和70m/s的(de)流速❌，α的角度在0°～10°範(fan)圍内取值（發生體(ti)的安裝偏差一般(ban)不會超過10°），進行數(shu)值仿真。記錄😍信号(hào)強度，如表2所示。

　　将(jiang)表2的數據繪制成(cheng)圖7，将圖7中流速爲(wèi)7m/s的數據放大如圖(tú)8所👈示。觀察圖7、8，可以(yǐ)直觀的反應出夾(jia)角、流速與信号強(qiang)度😄的關系變化。通(tong)過對比這3張圖可(ke)以看出，信号強度(du)随着夾角、流速的(de)不同而不同。并從(cóng)圖中得出結論：
1）渦(wo)街的信号強度與(yǔ)流速成正比，随着(zhe)流速的增加，旋✂️渦(wo)脫落頻率信号強(qiang)度會顯著增加。
2）在(zài)流速相同的情況(kuang)下，随着夾角的增(zēng)大，信号強度逐🥵漸(jiàn)減小，并随着夾角(jiǎo)的增大，信号強度(dù)的衰減程度也逐(zhu)漸增大。夾角在1°～7°範(fan)圍，對信号強度的(de)衰減影響不大🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，可(ke)忽略，超過7°以後對(duì)信号強度影響變(bian)大，不可忽略3）在✊夾(jia)角相同的情況下(xià)，随着流速的增大(da)，信号強度衰減趨(qu)勢越來越明顯。


5結(jié)論
　　流場仿真在渦(wo)街流量計的設計(jì)和完善中正變得(de)越❌來越重🈲要，它通(tong)過理論支持指導(dao)仿真的可實施☀️性(xìng)，并将仿真結論用(yong)于實驗中，提高效(xiào)率。通過模拟三維(wéi)渦街流場三角柱(zhu)繞流現☔象，将升、阻(zǔ)力頻率進行對比(bǐ)，驗證了可将🔞FLUENT用于(yu)三維渦街流場的(de)仿真中。并從不同(tong)流速和不同截流(liú)夾角兩方面分别(bié)考慮☂️，對比分析了(le)三維渦街信号的(de)信号強度，得出📧夾(jia)角在1°～7°範圍，對信号(hao)強✏️度的影🔆響不大(da)，超過了7°以後影響(xiǎng)🈲變大。從而爲以後(hou)的🏒實驗做出理論(lùn)指導。進一步的研(yan)究可以通過對不(bu)同💞形狀的旋渦發(fa)生體取不同💃🏻截流(liu)夾角和不同流速(sù)進行仿真對比研(yan)究。

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