摘要：對于渦(wo)街流量計 的旋渦(wō)發生體的仿真研(yán)究主要集中在形(xing)狀和尺寸上，但在(zài)現場複雜工況環(huan)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(zhēn)軟件平台環境下(xià)，根據渦街流量計(jì)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(páng)真得到的升、阻力(lì)頻率相比較，得出(chu)阻力頻率正好是(shi)升力頻率的2倍🐕，表(biao)明可以利用FLUENT軟件(jiàn)對渦街流量計進(jin)行三維流場數值(zhi)仿真。最後利用FLUENT軟(ruan)件，通過改變管截(jie)👣面與截流面的夾(jia)角，在低❤️、中、高速流(liu)速下，對其進行取(qǔ)壓❤️，将得到的信号(hao)強度和頻譜分布(bu)進行比較分析，得(dé)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(guò)7°以後影響變大。
1引(yǐn)言
　　随着計算機技(jì)術、數值計算技術(shù)的發展，現代模拟(ni)仿真技術計算流(liú)體力學（cmputational fluid dynamics,CFD）也随之而(ér)生［1］。它是對純理論(lun)和✌️純實驗方法很(hěn)好的促進和補充(chōng)。ＣＦＤ作爲一門新興學(xue)科🌏，它力求㊙️通過數(shu)值實驗替代實物(wu)實驗，采用虛拟流(liu)場來模拟真實流(liu)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(jia)豐富✂️可編程［2－5］。
　　FLUENT軟件(jian)提供了多種基于(yú)非結構化網格的(de)複雜物理模型，并(bìng)針對不同物理問(wèn)題的流動特點創(chuàng)建出不同的數值(zhí)🙇‍♀️解法［6］。用戶可根據(ju)實際需求自由選(xuǎn)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(ni)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(fā)生體的形狀與✉️幾(jǐ)何🌈參數✂️和渦街流(liu)🤟量計的流量特性(xìng)（儀表系💛數、線性度(du)、重複性、測量💚範圍(wéi)）與阻力特性存在(zài)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(zhuang)以👉及迎流角度對(dui)渦街性能的影響(xiang)，在風洞和水槽實(shi)驗中，得出在全長(zhǎng)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(kǒu)徑管道氣流👈量實(shí)驗中，通過對不同(tong)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(zhí)仿真研究，得出Ｔ形(xíng)發㊙️生體産生的旋(xuán)渦信号的🐇強度要(yào)優于三角柱發生(shēng)💯體。
　　渦街流量計利(lì)用流體振動原理(lǐ)進行流量測量［11］。選(xuan)取了應力式渦街(jie)流量計進行研究(jiu)。它通過壓電檢測(ce)元件獲🔴取電壓頻(pin)率，再🈲根據流體流(liu)量與渦街頻率成(chéng)正比得出被測流(liú)❗量。在過去的渦街(jie)流量計研究中，一(yī)直将研究重點放(fang)在真實流場實驗(yàn)中，但這需要重複(fu)更換口徑、調節流(liú)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(xī)的✊方法對内㊙️部流(liu)場的變化❌進行研(yan)究。
　　通過FLUENT軟件對三(sān)維渦街流場進行(háng)數值仿真，并将不(bú)同流速下的升、阻(zǔ)力系數進行比較(jiào)，驗證數值仿真可(kě)行✔️性。并通過改變(bian)管截面與截流面(miàn)之間的夾角，在低(dī)、中💚、高速流速下，進(jìn)行取壓，最終得💯出(chu)随着夾角的不同(tong)，信号強度不同。夾(jia)角在1°～7°範圍，對信号(hào)強度的衰減影響(xiǎng)不大，超過7°以後對(dui)信号強度影響變(bian)大，并随着流速的(de)增加，趨勢越來越(yue)強。
2升、阻力系數
　　旋(xuan)渦脫落時，流體施(shī)加給柱體一個垂(chuí)直于主流的周🈲期(qī)性交變作用力，稱(chēng)爲升力［12］。由于柱體(tǐ)兩側交替‼️的釋🤩放(fang)旋🏃🏻渦時，剛釋放完(wan)渦流的一側柱面(miàn)，擾流改善，側面📐總(zong)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(cong)而形成一個作用(yong)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(xuán)渦的脫落頻率一(yi)緻，升力的變化規(gui)律和旋渦的變化(hua)規律一緻，因而通(tong)過監視柱面上😍的(de)升力變化規律💚，可(ke)以反映旋渦脫落(luò)規律。阻力系數反(fǎn)映的是柱體迎流(liú)方向上的作用力(lì)變化情況，每當柱(zhu)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(dì)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(zhou)期。
3三維渦街流場(chǎng)模拟的可行性分(fèn)析
3．1幾何建模與網(wang)格劃分
　　圖1是在ANSYS Workbench中(zhong)建立的三維渦街(jiē)流量計幾何模型(xing)。其中管道口徑50mm，管(guǎn)道長1000mm，旋渦發生體(tǐ)截流面寬度14mm，管截(jié)面與截流面夾角(jiǎo)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(shù)設置
在FLUENT中，三維渦(wō)街流場參數設置(zhi)如下：
1）流體：空氣（ａｉｒ）；
2）湍(tuān)流模型：Renormalization-group(RNG)ｋ－ε模型；
3）邊界(jiè)條件
①流速入口邊(biān)界：根據需要設置(zhi)不同流速、湍流動(dong)能和耗散率；
②壓力(lì)出口邊界：零壓；
4）求(qiú)解器：基于壓力的(de)三維雙精度瞬态(tài)求解器；
5）數值計算(suàn)過程：SIMPLE算法。
3．3升、阻力(li)變化頻率的計算(suan)結果及分析
圖3所(suo)示速度等值。三維(wéi)渦街流場在夾角(jiǎo)爲0°，入口流速爲5m/s的(de)情況下的速度等(deng)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(qǔ)線。由圖5升力系數(shù)的ＦＦＴ曲線可以看出(chu)其頻率爲ＦＬ＝87．92Ｈｚ。從圖6阻(zǔ)力系數的ＦＦＴ曲線可(kě)以看出其頻率爲(wei)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(liu)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(shù)變化頻率是升力(lì)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(shù)通過升、阻力變化(hua)頻率的關系驗證(zheng)出利💃🏻用⁉️FLUENT對三維渦(wo)街流場進行仿真(zhēn)是可行的。應用FLUENT對(duì)截流夾角、流🌈速和(he)信号強度之間的(de)關系進行了仿真(zhēn)研究。分别取7m/s、40m/s和70m/s的(de)流速💜，α的角度在0°～10°範(fàn)圍内取值（發生體(ti)的安裝偏差一般(bān)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(jiāng)表2的數據繪制成(chéng)圖7，将圖7中流速爲(wei)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(qiáng)度的關系變🐇化。通(tong)過對比這3張圖可(ke)以看出，信号強度(dù)随着夾角、流速的(de)不同而不同。并從(cóng)圖中得出結論：
1）渦(wō)街的信号強度與(yu)流速成正比，随着(zhe)流速的增加，旋渦(wo)脫落頻率信号強(qiáng)度會顯著增加。
2）在(zai)流速相同的情況(kuàng)下，随着夾角的增(zēng)大，信号強度逐漸(jian)⭐減小，并😘随着夾角(jiǎo)的增大，信号強度(du)的衰減程度也逐(zhú)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(kě)忽略，超過7°以後對(dui)信号強度影響變(bian)大，不可忽略3）在夾(jiá)角相同的情況下(xià)，随着流速的增大(dà)，信号強度衰減趨(qu)勢越來越明顯。


5結(jié)論
　　流場仿真在渦(wō)街流量計的設計(jì)和完善中正變得(de)🚶‍♀️越來越重要，它通(tōng)過理論支持指導(dǎo)仿真的可實施性(xing)，并将仿📐真結論用(yòng)于實驗中，提高效(xiao)率。通過模拟三維(wéi)渦街流場三角柱(zhu)繞流現象，将升、阻(zu)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(tóng)流🏃‍♂️速和不同截流(liu)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(hào)強度的影✍️響不大(da)，超過了7°以後影響(xiǎng)變大。從而爲以後(hòu)的實驗做出理論(lun)指導。進一步的🌈研(yán)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(yán)究。

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