摘要:基于(yú)渦街理論,分(fèn)别對圓形阻(zǔ)流體、正方形(xing)阻流體🚶和三(san)角形阻流體(ti)所形成的渦(wō)街場進行仿(pang)真研究,同時(shí)對三種阻🔞流(liu)體對應的渦(wo)街流量計 進(jin)行數值仿真(zhēn),分析流量計(ji)中應變片對(duì)三種阻流體(tǐ)流場壓力和(he)速度的影響(xiǎng).結果表明，應(yīng)變片改變🍉了(le)流場振蕩的(de)頻率,三角形(xing)渦街流量計(ji)的壓力損失(shī)最小.
0引言
　　渦(wo)街是在一定(ding)條件下的定(dìng)常流繞過阻(zǔ)流體時,物⁉️體(tǐ)兩側周期性(xing)地脫落出旋(xuan)轉方向相反(fan)、排列規則的(de)雙列線渦.渦(wo)流的🔞産生使(shi)得阻流體兩(liang)側流體的瞬(shun)間速度和壓(yā)力不同，因此(cǐ)使阻流體發(fā)生振動.渦街(jiē)流量計通過(guò)嵌人🧡到流體(ti)中的漩渦發(fa)生體得到産(chǎn)生的交替漩(xuan)渦的頻率,通(tōng)過頻率與流(liu)速成正比的(de)關系來測量(liàng)流速.
　　本文基(jī)于渦街理論(lun),分别對圓柱(zhu)阻流體,正方(fāng)阻流⁉️體和三(san)⛷️角形✔️阻流體(ti)三者進行數(shù)值模拟,并且(qiě)對三🔱種阻流(liú)體對應的渦(wo)街流量計中(zhōng)的壓電傳感(gǎn)器片對流場(chang)的壓力、速度(du)等參數的影(yǐng)響進行分析(xi).
1數值模型
　　圖(tú)1所示方形渦(wo)街流量計的(de)計算流場圖(tu)，流場中繞📧流(liu)體中心距流(liu)場入口距離(lí)設爲L=0.2m,.阻流體(tǐ)迎風寬度設(she)爲w=0.04m,流場速度(dù)設爲0.01m/s.
 

　　數值計(ji)算滿足質量(liàng)、動量、能量守(shou)恒方程,如方(fāng)程(1)、(2)和(3)所示.選(xuǎn)擇隐式非穩(wen)态模型，采用(yòng)有限體積法(fa)中的SIMPLEC(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquationsConsistent)協調性(xing)壓力耦合方(fāng)程組的半隐(yin)式，計算采用(yong)二階迎風格(gé)式。
 
2數值模型(xing)三種阻流體(tǐ)和對應流量(liàng)計算結果及(jí)分析
　　本文針(zhēn)對圓形、正方(fang)形和三角形(xíng)三種阻流體(ti)分别進行壓(ya)力和速度的(de)分析,并對流(liú)場中中心線(xian)上的壓力和(he)速度變化進(jìn)行具體闡述(shù).
2.1三種阻流體(ti)壓力流場分(fèn)析
　　圖2爲三種(zhǒng)阻流體渦街(jie)場和渦街流(liu)量計流場總(zǒng)壓力分布雲(yun)圖📧.由圖所示(shi),圓形阻流體(tǐ)後部流場中(zhōng)漩渦交🔞替分(fèn)布比較有規(gui)律,渦街現象(xiàng)明顯.對于正(zhèng)方💜形阻流體(ti),距離阻流體(ti)較近時🚶‍♀️，仍能(néng)看到比較明(míng)顯的漩渦分(fèn)布，而後漩渦(wō)逐漸散開.對(duì)于三角形阻(zǔ)流體,低壓漩(xuán)渦💃形狀比較(jiao)圓整，漩渦分(fèn)布比正方形(xíng)阻⛹🏻‍♀️流體規則(zé).另外💛，不同形(xíng)狀阻流體的(de)分離點不同(tóng)，圓柱沒有其(qi)😘固定分離點(dian)，整個半圓面(mian)都可以;正方(fāng)形的分離點(dian)則會出現在(zai)前方尖點及(ji)附近邊或者(zhe)後方尖點及(jí)🌍附近邊;三角(jiao)形則有其固(gù)定分離點，主(zhǔ)要🌈集中在前(qián)方兩個尖點(dian)及其附近的(de)邊上.對于渦(wō)街🌈流量計流(liu)場，由于應變(biàn)片在阻流體(tǐ)後的加入,改(gai)變了流場中(zhōng)擾動的頻率(lǜ)，三種不同‼️流(liu)量計的流場(chang)中㊙️頻率均變(bian)低，這是因爲(wei)液體在遇到(dào)金屬🐅應變片(pian)之前還未形(xíng)成規🐉則的漩(xuan)渦，在金屬應(yīng)📱變片邊緣發(fa)生剝離，由于(yú)三種阻流體(ti)的剝離點影(yǐng)響,低壓場的(de)範圍三📧角形(xing)最大，正方形(xíng)次之，圓形最(zui)小。
 
　　由圖可以(yǐ)看出，阻流體(ti)前端的壓力(li)保持恒定，而(ér)後🔴在阻流體(tǐ)和應變片之(zhi)間流場，壓力(lì)急劇下降，形(xíng)成局部低壓(ya)區.正方形🔴渦(wo)街流量計壓(ya)力變化應變(biàn)片的後端波(bo)動較🔴大，圓形(xíng)渦街流量計(jì)次之,三角形(xing)渦街流量計(ji)應變片後的(de)壓力變化比(bǐ)較平穩。
2.2三種(zhǒng)阻流體流場(chǎng)中心線速度(du)分析
　　圖3爲三(sān)種阻流體渦(wo)街流場中心(xin)線速度分布(bu),以流🌈場左⛷️側(cè)人👅口爲位置(zhi)初始點，橫坐(zuo)标爲中心線(xiàn)上各點到初(chū)始🌐點的♌距離(lí)，縱坐🌈标爲速(sù)度大小.由圖(tú)可以看出，初(chu)始流速大小(xiao)相同，當遇🐆到(dào)阻流體時，流(liú)速急速下降(jiàng)，在阻流體中(zhong)心點0.2m前後對(duì)應的兩個位(wèi)置處速度降(jiàng)爲0,形成速度(dù)駐點.比較不(bu)同阻流體,對(duì)于圓形阻流(liú)體，阻流體後(hòu)的流速發生(shēng)周期振蕩并(bing)有上揚趨勢(shi);對于正方形(xíng)阻流體,阻流(liu)體後的流速(sù)發生一定振(zhèn)蕩;對于三角(jiǎo)形阻流體，阻(zǔ)流體後的流(liú)速振蕩比較(jiào)明顯.這表明(ming)阻流體在流(liú)場中引起的(de)擾動比較大(dà),使得阻流體(tǐ)後的速度發(fa)生不規則振(zhen)蕩.
 
　　圖4爲三種(zhong)阻流體渦街(jie)流量計流場(chang)中心線速度(du)分布.在渦街(jie)流量計流場(chang)中,流速在阻(zǔ)流體前急劇(jù)下降,阻流體(tǐ)前後❓對應✔️的(de)兩個位置處(chù)爲速度駐點(dian),并在應變👄片(pian)前部形成了(le)新的速度駐(zhu)點.與圖3相比(bǐ)，阻流體前流(liú)✂️速變化相同(tóng)，由于應🚶‍♀️變片(pian)的嵌人,後部(bu)的流速震蕩(dàng)頻率變低,并(bìng)且渦街流量(liàng)計流場的最(zui)大速度和平(ping)均💋速度要比(bǐ)對應的阻流(liú)體渦街場小(xiao)對于圓形阻(zǔ)流體流量計(jì)流📐場，應變片(pian)後部的速度(du)振蕩頻率約(yuē)爲渦街流場(chǎng)的一-半.對于(yú)正方形阻流(liu)體⭐,應變片後(hou)🤟最高速度的(de)位置從0.83m提前(qián)至0.7m處.對于🌈三(sān)角形阻流體(ti),應變片後的(de)流💜速明顯變(bian)得平滑,尤其(qí)是㊙️從0.4m開始,振(zhèn)蕩周期變大(dà),同🌈時速度在(zài)0.65m處爲最大值(zhí)，随後逐漸下(xia)降.
2.3三種阻流(liu)體壓力損失(shi)
　　表1所示爲不(bú)同阻流體壓(ya)力損失計算(suan)值,由表可以(yi)看🈲出,相🌈同條(tiáo)件下,不同形(xing)狀的阻流體(tǐ)的流場中,對(dui)🍉應的壓力💞損(sun)失🔞是不💋同的(de).圓形阻流體(ti)所産生的壓(ya)力損失最大(da),正方形次之(zhī)，三角形阻流(liu)體的渦街場(chǎng)壓力損失最(zui)小.比較不同(tóng)形狀阻流體(tǐ)流🔆量計可以(yǐ)🥵看到，圓形阻(zǔ)流體流量計(jì)🤟流場的壓力(li)👈損失最大,三(sān)角形阻流體(ti)的壓力損失(shī)最小.結果顯(xian)示,壓力損失(shi)變化趨勢與(yǔ)三種阻流體(tǐ)壓力損失🐇變(biàn)化相同,壓力(lì)應變片的嵌(qiàn)人，隻是❓略微(wēi)增加了壓力(lì)🔞損🧑🏽‍🤝‍🧑🏻失,并沒有(you)改變三種阻(zǔ)流體壓力損(sun)失之間的大(da)小對比關系(xi).在三種不同(tong)形狀阻流體(ti)💰流量計中,三(sān)角形渦街流(liu)量計的壓力(lì)損失最小。
 
3結(jie)論
(1)在相同條(tiao)件下,圓形繞(rào)流體仿真場(chǎng)可以得到規(guī)律的渦⭐街現(xiàn)象.不同形狀(zhuang)阻流體的分(fèn)離點不同,圓(yuan)柱沒有其固(gù)定分離點,整(zhěng)個半圓面都(dōu)可以;正方形(xing)的🤩分離點則(zé)會出現在前(qian)方尖點及附(fù)近或者後方(fāng)尖點及附近(jìn)🔴;三角形則有(you)其固定分離(lí)點,主要集中(zhong)在💯前方兩個(gè)尖點及其附(fu)近👉的邊上;
(2)渦(wō)街流量計的(de)阻流體和傳(chuan)感器應變片(pian)之間會形成(cheng)✌️一片💋低速😄低(di)壓局部場,渦(wō)街流量計流(liú)場的最大🥵速(sù)度和平均速(su)⛷️度要比對💘應(yīng)的阻流體渦(wō)街場小;
(3)三種(zhong)不同渦街流(liú)量計的振蕩(dàng)頻率要低于(yú)對應的渦街(jie)場,比較不同(tóng)形狀阻流體(tǐ)渦街流量計(ji)，三角形渦街(jiē)流量計的💔壓(ya)力損失爲最(zui)小.

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