1 引言
   随着計算(suan)機技術、數值計(ji)算技術的發展(zhǎn)，現代模拟仿真(zhēn)技🥵術計算流體(ti)力學（computational　fluid　dynamics，CFD）也随之而(ér)生。它是對純理(lǐ)論和純實驗方(fāng)法很好的促進(jin)和補充。CFD作爲一(yī)門新興學科㊙️，它(tā)力求通過數值(zhí)實驗替代實物(wu)實驗，采用虛拟(ni)流場來模拟真(zhen)實流場内部的(de)流體流動情況(kuàng)，從而使得實驗(yàn)研究更加方便(bian)，研究場景更加(jia)豐富可編程。
FLUENT軟(ruǎn)件提供了多種(zhǒng)基于非結構化(huà)網格的複雜物(wu)理♊模✊型，并針對(dui)不同物理問題(ti)的流動特點創(chuàng)建出不同的⭐數(shù)值解法。用戶可(ke)根據實際需求(qiu)自由選擇，以便(biàn)在計算速度、穩(wěn)定性和精度等(deng)方面😘達到最佳(jiā)，提高設計效率(lǜ)。
  關于渦街流量(liàng)計 的發生體數(shù)值模拟研究，主(zhu)要集中在渦街(jiē)發生體形狀🌍和(he)尺寸上。Yamasaki指出發(fa)生體的形狀與(yu)幾何參數和渦(wō)街流量計的流(liu)量特性（儀表系(xi)數、線性度、重複(fú)性、測量範圍）與(yǔ)阻力特性✉️存在(zai)相當大的關聯(lian)關系。S.C.Luo等人研究(jiu)旋渦發生體尾(wěi)緣形狀以及迎(ying)流角度對渦街(jie)性能的影響，在(zài)風洞和水槽實(shí)驗中，得出在全(quán)長相等的情況(kuàng)下，旋渦強度随(sui)尾緣夾角的增(zeng)大而減🧑🏾‍🤝‍🧑🏼小。彭傑(jie)綱等人在50mm口徑(jing)管道氣流量實(shí)驗中，通過對🌈不(bu)同尾緣夾角角(jiao)度的旋渦發生(sheng)體進行實驗研(yán)究✊，得出旋渦發(fā)生體尾緣的夾(jia)角✏️爲41.8°時具有很(hěn)好的線性度。賈(jiǎ)雲飛等人🌈通過(guò)對二維渦街流(liu)場中的壓力✏️場(chang)進行數值仿真(zhēn)研究，得出T形發(fa)生體産生的旋(xuan)渦✍️信号的強度(dù)要優于三角柱(zhù)發生體。
    渦街流(liú)量計利用流體(ti)振動原理進行(hang)流量測量。選♊取(qu)✉️了🔴應力🐉式渦街(jie)流量計進行研(yán)究。它通過壓電(dian)檢測元件獲取(qǔ)電壓頻率，再♌根(gen)據流體流量與(yu)渦街頻率成正(zheng)比得出被測流(liu)量。在過去的渦(wo)街流量計研究(jiu)中，一直将研究(jiū)重點放在真實(shi)流場實驗中，但(dàn)這需要重複更(geng)換口徑、調節💁流(liu)量，大大降低了(le)工作效🛀率。爲解(jie)決此問題，采用(yòng)三維渦街流場(chang)數值分🔞析的方(fang)法對内部流場(chǎng)👌的變化🐉進行研(yan)究。
    通過FLUENT軟件對(duì)三維渦街流場(chang)進行數值仿真(zhēn)，并将不同流速(su)下的升、阻力系(xi)數進行比較，驗(yan)證數值仿真可(ke)行性。并通過📞改(gǎi)變管截面與截(jié)流面之間的夾(jia)角，在低、中、高速(sù)流速下，進行取(qu)壓，最終得👌出随(sui)着夾角♋的不同(tóng)，信号強度不同(tóng)。夾角在1°～7°範圍，對(duì)信㊙️号強度的衰(shuāi)減影響不🛀大，超(chāo)過7°以後對信号(hào)強度影響變大(dà)，并🏒随着流速的(de)增加，趨勢越來(lai)越強。
2 升、阻力系(xì)數
    旋渦脫落時(shi)，流體施加給柱(zhu)體一個垂直于(yú)主流的周期性(xìng)🚶‍♀️交變作用力，稱(cheng)爲升力。由于柱(zhu)體兩側交替的(de)釋放旋渦時，剛(gang)釋放完渦流的(de)一側柱面，擾流(liu)改善，側面總壓(yā)力降低；将🚩要釋(shi)放渦流的另一(yī)側柱面，擾流較(jiao)差，側面總壓力(lì)較大，從而形成(cheng)一個作用在三(sān)角柱上、方向總(zǒng)是指向💔剛釋放(fang)完渦流那一側(cè)的作用力，所以(yi)升力的交變頻(pín)率和旋渦的脫(tuo)落頻率一緻，升(shēng)力的變化⛷️規律(lü)和旋渦的變化(huà)規律一緻，因而(ér)通過監視柱面(miàn)上🔞的升力變化(hua)規律，可以反映(yìng)旋渦脫落規律(lǜ)。
    阻力系數反映(yìng)的是柱體迎流(liu)方向上的作用(yòng)力變化情況，每(měi)當柱體兩側不(bu)管哪一邊的釋(shi)放旋渦一💜次，迎(ying)流方🔴向上的作(zuo)🐆用力都會随壓(ya)力變化有規律(lü)地變化一次，因(yin)此，升力系數變(bian)📱化的一個周期(qi)内，阻力系數變(biàn)化爲兩個周期(qī)。
3 三維渦街流場(chǎng)模拟的可行性(xing)分析
3.1 幾何建模(mó)與網格劃分
圖(tú)1是在ANSYS　Workbench中建立的(de)三維渦街流量(liàng)計幾何模型。其(qi)中管道㊙️口徑50mm，管(guan)道長1000mm，旋渦發生(sheng)體截流面寬度(dù)14mm，管截面與截流(liu)面🔴夾角爲α。

對幾何模(mó)型進行非結構(gòu)網格劃分，作爲(wei)數值模拟的載(zai)體，如☂️圖2所示。

3.2 仿真參(can)數設置
在FLUENT中，三(sān)維渦街流場參(cān)數設置如下：
1）流(liú)體：空氣（air）；
2）湍流模(mo)型：Renormalization－group（RNG）k－ε模型；
3）邊界條(tiao)件
①流速入口邊(biān)界：根據需要設(shè)置不同流速、湍(tuān)流動能和耗🥰散(sàn)率；
②壓力出口邊(bian)界：零壓；
4）求解器(qi)：基于壓力的三(sān)維雙精度瞬态(tài)求解器；
5）數值計(jì)算過程：SIMPLE算法。
3.3 升(sheng)、阻力變化頻率(lǜ)的計算結果及(jí)分析
圖3所示速(su)度等值。三維渦(wō)街流場在夾角(jiǎo)爲0°，入口流速爲(wèi)5m/s的📞情況✉️下的速(sù)度等值線圖。

    通(tong)過仿真模拟，圖(tú)4給出流速u＝5m/s時，作(zuò)用在三角柱上(shàng)的升力系數和(hé)阻力系數變化(huà)曲線。由圖5升力(li)系數的FFT曲線🚶‍♀️可(ke)以看出其頻率(lü)爲FL＝87.92Hz。從圖6阻力系(xì)數的FFT曲線可以(yǐ)看出其頻率爲(wei)FD＝176.43Hz，約爲升力系數(shù)變化頻率的2倍(bèi)。

    爲了驗證将FLUENT用(yong)于渦街流量計(jì)的三維流場仿(pang)真的可行性👌，對(dui)不👄同流速下的(de)升、阻力頻率進(jìn)行比較，如表1所(suǒ)🈲示。可以看出阻(zǔ)👨‍❤️‍👨力系數變化頻(pín)率是升力系數(shu)變化頻率的2倍(bèi)，說明用FLUENT進行渦(wo)街流量計的三(san)維仿🈲真是可行(hang)的。

4 仿真結果
    基(ji)于上述通過升(sheng)、阻力變化頻率(lü)的關系驗證出(chū)利用FLUENT對三維渦(wo)街流場進行仿(pang)真是可行的。本(běn)節應用FLUENT對截流(liú)夾角、流速和信(xin)号💰強度之間的(de)關系進行了♍仿(páng)真研究。分别取(qu)7m/s、40m/s和70m/s的流速α的🚩角(jiǎo)度在0°～10°範圍内取(qǔ)值（發生體的安(ān)裝偏差🐕一般不(bu)會超過10°），進行🈲數(shu)值仿真🈲。記錄信(xin)号強度，如表2所(suo)示。

    将表2的數據(ju)繪制成圖7，将圖(tú)7中流速爲7m/s的數(shù)據放大🎯如圖🌈8所(suo)示🍓。觀察圖7、8，可以(yi)直觀的反應出(chu)夾角、流速與💋信(xin)号強度的關系(xì)變化。通過對比(bǐ)這3張圖可以看(kan)出，信号強🧑🏾‍🤝‍🧑🏼度随(sui)着📧夾角、流速的(de)不🥵同而不🤞同。并(bìng)從圖中得出結(jié)論🌈：
1）渦街的信号(hao)強度與流速成(chéng)正比，随着流速(su)的增加，旋💚渦脫(tuō)落♻️頻率信号強(qiang)度會顯著增加(jia)。
2）在流速相同的(de)情況下，随着夾(jia)角的增大，信号(hao)強度逐🚶‍♀️漸減小(xiao)🔞，并随着夾角的(de)增大，信号強度(du)的衰減程度也(ye)逐漸增大。夾角(jiǎo)在1°～7°範圍，對信号(hao)強度的衰減影(yǐng)響不大，可忽略(lue)，超過7°以後對信(xin)号強度影響變(bian)大，不可忽略。
3）在(zai)夾角相同的情(qing)況下，随着流速(sù)的增大，信号強(qiang)度衰🈲減趨🙇‍♀️勢越(yuè)⛷️來越明顯。

5 結論(lun)
    流場仿真在渦(wō)街流量計的設(shè)計和完善中正(zheng)變得越來越🔅重(zhong)要，它通過理論(lùn)支持指導仿真(zhēn)的可實施性，并(bìng)将仿💃🏻真結論用(yong)于實驗中，提高(gao)效率。通過模拟(ni)三維渦街流場(chang)三角柱繞流現(xian)🍉象，将升、阻力頻(pin)率進行對比，驗(yan)證了可将FLUENT用于(yú)三維渦街流場(chang)的仿真中。并從(cóng)不同流速和不(bú)同截流夾角兩(liǎng)方面分别考慮(lǜ)，對比分析了三(san)維渦街信号的(de)信号強度，得出(chu)夾角在1°～7°範圍，對(dui)信号強度的影(yǐng)響不大，超過了(le)7°以後影響變大(da)。從而爲以後的(de)實驗做出理論(lun)指導☔。進一步的(de)研究可以通過(guo)對不同形狀的(de)旋渦發生體取(qu)不同截流夾角(jiǎo)和不同流速進(jin)行仿真對比研(yan)究。

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