摘要(yao)：通常大口(kǒu)徑管道的(de)流體流速(su)較低,根據(jù)渦街流量(liàng)計 原理,其(qí)産生的渦(wō)街信号頻(pín)率和幅值(zhi)也很低、傳(chuán)統的懸🏃‍♀️臂(bi)粱式渦街(jiē)探頭在大(da)口徑管道(dào)上應用時(shi),由于其相(xiang)對管道中(zhōng)軸線的距(ju)離更遠,受(shòu)管道振動(dong)的❄️影響更(gèng)大,無法很(hen)好地進行(hang)測量采用(yong)數值仿真(zhēn)軟件平台(tai)Ansys+Workbench+Fluent對大口徑(jing)渦街流量(liang)計 管道發(fā)生體處的(de)流場特性(xing)進行了分(fen)析根據分(fèn)析得出的(de)結💃論🈚結合(hé)大口徑管(guan)道發生體(tǐ)的機械特(tè)性,提出💛了(le)位于發生(sheng)體處基于(yú)差壓原理(li)的旋渦頻(pin)率檢測方(fāng)案。
　　大口徑(jìng)渦街流量(liang)計(指管道(dào)直徑超過(guò)300mm)主要用于(yú)工業管道(dao)中天然氣(qì)、蒸汽、氮氣(qi)、氫氣、空氣(qì)等介質的(de)流量計量(liàng)。例如：“西氣(qì)東✔️輸”、“俄氣(qì)南下”等工(gong)程中需要(yào)用到大量(liàng)的大口🔅徑(jing)渦街流垣(yuán)計進行流(liú)量計量。
　　國(guo)内外對于(yu)渦街流量(liàng)計的研究(jiu)主要集中(zhōng)在中小口(kǒu)徑🛀🏻,對于大(dà)口徑渦街(jiē)流量計的(de)研究很少(shao)。本課題的(de)主要來源(yuan)是作者所(suo)在的課題(tí)組在現場(chang)調試傳統(tǒng)懸臂式渦(wo)街流量計(jì)時發現當(dang)管道口徑(jing)超過250mm時,提(ti)取到的渦(wō)街信号波(bo)形嚴重🍓失(shī)真。對懸臂(bi)式渦街😍探(tan)進行改進(jìn),增加探頭(tou)的插入深(shēn)度,又極易(yì)引起共❌振(zhen),帶來更大(da)❤️的幹擾信(xìn)号因此,需(xū)要研究新(xīn)的旋渦🛀頻(pin)率檢測方(fang)案。
1渦街流(liú)量計工作(zuo)原理
　　渦街(jiē)流量計利(lì)用流體振(zhen)動原理進(jìn)行流量測(ce)量,在👣特定(dìng)的流動條(tiáo)件下,流體(tǐ)一部分動(dòng)能轉化爲(wei)振動,其振(zhen)動頻率與(yu)流速(流量(liàng))有确定的(de)比例關系(xi)。基本原理(lǐ)是_2]：在與被(bèi)測介質流(liú)向垂♊直的(de)方向放置(zhì)一非流線(xian)型旋渦發(fā)生體,當流(liu)體流過該(gāi)旋渦發生(sheng)體時💋,在發(fā)生體阻擋(dang)面後方兩(liang)側交替地(dì)分離釋放(fàng)出兩列規(gui)則的交錯(cuò)排列的旋(xuan)渦,稱爲馮(feng)·卡爾曼渦(wō)街,如圖1所(suǒ)示。

旋渦脫(tuō)落頻率f與(yǔ)發生體兩(liang)側的平均(jun1)流速V之間(jian)存🐆在⚽如下(xià)關系式

　　式(shì)中,S爲斯特(tè)勞哈爾系(xì)數；d爲發生(shēng)體迎流面(mian)的寬度,單(dan)化爲m。斯特(tè)勞哈爾系(xì)數在很寬(kuān)的一段雷(léi)諾數範圍(wéi)内💘可保持(chi)不變。因❄️此(ci)測得頻率(lü)就能得到(dào)流速。
2大口(kou)徑管道渦(wo)街流場仿(pang)真
　　ANSYSWorkbench仿真協(xié)同平台是(shì)通過對産(chǎn)品研發流(liú)程葉1仿真(zhēn)環境的開(kai)發與💋實施(shi),搭建一個(gè)集成多學(xue)科異構CAE技(jì)術的仿真(zhēn)系✔️統,使得(dé)整個建模(mó)、仿真、分析(xi)、前後處理(li)無縫鏈接(jie)。
　　FLUENT軟件運用(yòng)CFD軟件群的(de)思想,具有(yǒu)許多優化(huà)的理模型(xing)。同時采🌈用(yòng)r多種求解(jie),『法和多重(zhòng)『舣1絡加速(su)收斂技術(shù),以此來達(da)到最佳的(de)收斂精度(dù)FLUENT可以很舭(bǐ)的州測到(dao)内部流⭕場(chǎng)的變♻️化,通(tong)過仿真結(jié)果來指物(wu)理實驗、
2．1幾(ji)何模型的(de)建與網格(gé)劃分
　　利用(yòng)ANSYSWorkbench—Geometry和ANSYSWork—bench—Mesh作爲FLUENT的(de)前處理模(mó)塊,對所研(yan)究的流場(chǎng)進行幾何(he)建模和網(wang)格劃分。在(zài)Geometry中建立大(da)口徑管道(dào)二維♈幾何(he)模型,如圖(tu)2和圖3所示(shì)。

　　旋(xuan)渦産生于(yu)發生體處(chu),故将發生(shēng)體處的網(wang)格細化🚩,選(xuǎn)用三📧角形(xíng)網格,大小(xiao)爲6mm。’爲節省(sheng)計算資源(yuán)将前後兩(liang)部分的網(wǎng)格設置爲(wèi)四邊形網(wang)格,大小爲(wèi)24mm。整個網格(gé)劃分🥵4所示(shi)。總網格數(shu)爲139194,網格質(zhi)量很好。

2．2FLUENT仿真參(can)數的設
将(jiang)Mesh中劃分好(hǎo)的網格文(wén)件導入FLUENT,進(jìn)行計算設(she)置FLUENT的仿真(zhēn)參數如下(xia)：
1)求解器(solution)：基(ji)于壓力的(de)二維雙精(jing)度瞬态(Transient)求(qiú)解器。
2)流體(ti)：空氣,密度(dù)1．225kg/rn3,運動粘度(du)1．7894xl0-5m2/s。
3)邊界條件(jian)(Boundarycondition)：人口,流速(su)入口(veloci—ty—inlet),根據(jù)需要設置(zhì)不同的流(liú)速🧑🏾‍🤝‍🧑🏼；出口,壓(ya)🈲力出口(pres—sure—outlet),零(líng)壓。
4)非穩态(tai)計算時間(jian)步長(timestepsize)：時間(jiān)步長取決(jué)的網格大(dà)小ΔX與流速(sù)V。一般取時(shi)間步長T=ΔX/V,根(gen)據波形再(zai)作适當的(de)調整
5)湍流(liu)模型：RNGK—?模型(xing)。
6)監測點：監(jian)測參數爲(wei)渦街靜态(tai)壓力(Ve~exAverageStaticPressure),具體(tǐ)位置如圖(tú)5所示⁉️。差壓(yā)傳感器放(fang)置位置爲(wèi)将發生體(tǐ)的三角形(xíng)♈邊三等分(fen)。

2．3仿真數據(ju)記錄
　　将氣(qi)體流速分(fèn)别設置爲(wei)5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s。運行100步之(zhi)後,波形呈(chéng)現周期性(xing)。空氣流🏃🏻量(liang)爲5m/s時渦街(jie)流場的靜(jing)壓、速度參(cān)數的分布(bù)情況如圖(tú)6所示。對穩(wen)定後的波(bo)形作傅裏(lǐ)葉變🚶換,如(ru)圖7所示。

表(biao)1～表5依次爲(wei)氣體流速(su)爲5m/S、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s時不同(tong)取壓位置(zhi)的信号記(jì)錄☂️。


2.4數據分(fen)析
　　從表1～表(biǎo)5中我們可(kě)以看出,當(dang)取壓位置(zhì)位于發生(shēng)體後時,同(tóng)一流速下(xia),壓力最大(da)的點位于(yú)發生體後(hòu)1.5d處,即P3處；當(dang)取壓位置(zhi)位于發🔅生(sheng)體處時,同(tong)一流速下(xià),壓😍力變化(huà)不大,隻有(yǒu)PD3明顯小于(yu)PD2和PD1。爲了兼(jian)顧到渦街(jiē)信号的穩(wěn)定性,應盡(jin)量将差壓(yā)傳感器安(an)裝在離發(fā)生體迎流(liú)遠的位置(zhì),因此取PD2處(chù)。不同流速(sù)下P3和PD2處的(de)壓👄力對比(bǐ),如圖8所示(shi)。

由圖8中曲(qǔ)線可知,PD2處(chù)的壓力明(ming)顯大于P3處(chù),且其值越(yue)💚爲4倍關系(xì)。
3試驗結論(lun)
　　大口徑渦(wo)街信号發(fā)生體的尺(chǐ)寸通常很(hěn)大,所以其(qi)結🙇🏻構👅爲鋼(gāng)闆拼接的(de)中空結構(gòu)。發生體的(de)沿管道方(fāng)向的長度(du)較長❤️,足以(yǐ)保證📞渦街(jie)信号穩定(dìng)形成。且由(yóu)上面仿真(zhēn)的結🚩論可(kě)知PD2處的渦(wo)♉街信号🏃‍♂️強(qiáng)度爲P3處的(de)🔆4倍左右。因(yīn)此,本文提(tí)出了如圖(tú)9所示的漩(xuan)渦頻率檢(jian)測裝置。

　　進(jin)一步的研(yán)究還需要(yao)制作旋渦(wo)發生體實(shi)物,在實際(ji)🐇的大口徑(jing)管道上驗(yan)證方案的(de)可行性,測(ce)試其抗振(zhèn)動性、重複(fú)性等。

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