1 引言
   随着計算(suàn)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(fang)法很❄️好的促進(jìn)和補充。CFD作爲一(yi)門新♉興學科，它(tā)力求通過數值(zhi)實驗替代實物(wu)實驗，采用虛拟(nǐ)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(yan)研究更加方便(bian)，研究場⁉️景更加(jiā)豐富可編程。
FLUENT軟(ruǎn)件提供了多種(zhong)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(tí)的流動特點創(chuàng)建出不同的數(shu)值解法。用戶可(ke)根據實際需求(qiú)自由選擇，以便(biàn)在計算速度、穩(wěn)定性和精度等(děng)方面🚶達到最佳(jiā)，提高設計效率(lǜ)。
  關于渦街流量(liang)計 的發生體數(shù)值模拟研究，主(zhǔ)要集中在渦街(jiē)發生體形狀和(he)尺寸上。Yamasaki指出發(fā)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(xì)數、線性度、重複(fú)性、測量範圍）與(yu)阻力特性✉️存在(zài)相當大的關聯(lián)關系。S.C.Luo等人研究(jiu)旋渦發生體尾(wei)緣形狀以及迎(yíng)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(kuang)下🔞，旋渦強度随(suí)尾緣夾角的增(zēng)大而減小。彭傑(jie)綱等人在50mm口徑(jìng)管道氣流量實(shí)驗中，通過對不(bú)同尾緣夾角角(jiǎo)度的旋渦發生(shēng)體進行實驗研(yan)究，得出旋渦發(fa)生體尾緣🏒的夾(jia)角爲41.8°時具有很(hěn)好的線💋性度。賈(jia)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(zhen)研究，得出T形發(fā)生體産生的旋(xuán)渦信号的強度(du)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(qǔ)了應力式渦街(jiē)流量計進行研(yán)究。它通過壓電(dian)檢測元件獲取(qu)電壓頻率，再根(gen)據流體流量與(yu)渦街頻率成正(zhèng)比得出💰被測流(liú)量。在過🙇‍♀️去的渦(wo)街流量計研究(jiū)中，一直🔴将研究(jiu)重🏒點放在真實(shi)流場實驗中，但(dàn)這💜需要重複更(gèng)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(yán)究。
    通過FLUENT軟件對(dui)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(yàn)證數值仿真可(kě)行性。并通過改(gǎi)變管截面與截(jie)流面之間的夾(jiá)角，在低、中、高速(su)流速下，進✏️行取(qǔ)壓，最終得出随(suí)着夾角的不同(tóng)，信号強度不同(tong)。夾角在1°～7°範圍，對(dui)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(da)，并随着流速的(de)🛀增加，趨勢越來(lai)越強。
2 升、阻力系(xi)數
    旋渦脫落時(shí)，流體施加給柱(zhu)體一個垂直于(yu)主流的😄周期性(xing)交變作用力，稱(cheng)爲升力。由于柱(zhù)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(ya)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(li)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(sheng)力的變化規律(lü)和旋渦的變化(huà)規律一緻，因而(er)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(lü)。
    阻力系數反映(yìng)的是柱體迎流(liu)方向上的作用(yong)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(zuò)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(biàn)化的一🔞個周期(qī)内，阻☀️力系數變(biàn)化爲兩個周期(qi)。
3 三維渦街流場(chǎng)模拟的可行性(xìng)分析
3.1 幾何建模(mo)與網格劃分
圖(tu)1是在ANSYS　Workbench中建立的(de)三維渦街流量(liang)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(liú)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(san)維渦街流場參(can)數設置如下：
1）流(liú)體：空氣（air）；
2）湍流模(mó)型：Renormalization－group（RNG）k－ε模型；
3）邊界條(tiáo)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(san)率；
②壓力出口邊(bian)界：零壓；
4）求解器(qì)：基于壓力的三(san)維雙精度瞬态(tai)求解器；
5）數值計(ji)算過程：SIMPLE算法。
3.3 升(shēng)、阻力變化頻率(lü)的計算結果及(ji)分析
圖3所示速(sù)度等值。三維渦(wo)街流場在夾角(jiao)爲0°，入口流速爲(wei)🏃🏻5m/s的♊情況下的速(sù)度等值線圖。

    通(tong)過仿真模拟，圖(tu)4給出流速u＝5m/s時，作(zuò)用在三角柱上(shang)的升力系數🌈和(hé)阻力系數變化(hua)曲線。由圖5升力(lì)系數的FFT曲線可(kě)以看出🤩其頻率(lü)爲FL＝87.92Hz。從圖6阻力系(xi)數的FFT曲線可以(yi)看出其頻率💃🏻爲(wei)FD＝176.43Hz，約爲升力系數(shu)變化頻率的2倍(bèi)。

    爲了驗證将FLUENT用(yòng)于渦街流量計(jì)的三維流場仿(páng)真的可🌈行性，對(duì)不同流速下的(de)升、阻力頻率進(jin)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(shù)變化頻率的2倍(bei)，說明用FLUENT進行渦(wō)街流量✔️計的三(san)維仿真是可行(háng)的。

4 仿真結果
    基(ji)于上述通過升(sheng)、阻力變化頻率(lǜ)的關系驗證出(chū)利用FLUENT對三維渦(wō)街流場進行仿(páng)真是可行的。本(běn)節應用🌈FLUENT對截流(liu)夾角、流速和🚶信(xìn)号強度之間的(de)關系進行了仿(páng)真研究。分别取(qǔ)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(an)裝偏差一般不(bu)會超過10°），進行數(shù)值仿真。記錄信(xìn)号強🙇🏻度，如表2所(suǒ)示。

    将表2的數據(ju)繪制成圖7，将圖(tu)7中流速爲7m/s的數(shu)據放大如圖8所(suǒ)示。觀察圖7、8，可以(yǐ)直觀的反應出(chū)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(kàn)出，信号強度随(suí)着夾角、流速的(de)不同而不同。并(bing)從圖中🐆得出結(jie)論：
1）渦街的信号(hào)強度與流速成(chéng)正比，随着流速(sù)的增加💁，旋渦脫(tuo)落頻率信号強(qiáng)度會顯著增加(jiā)。
2）在流速相同的(de)情況下，随着夾(jiá)角的增大，信号(hào)強度逐漸☎️減小(xiǎo)，并随着夾角的(de)增大，信号強度(du)的衰減程度也(yě)逐漸增大。夾角(jiao)在1°～7°範圍，對信号(hao)強度的衰減影(ying)響不大，可忽略(luè)，超過7°以☁️後對信(xin)号強度影響變(biàn)大，不可忽略。
3）在(zài)夾角相同的情(qing)況下，随着流速(sù)的增大，信号強(qiáng)度衰減趨勢越(yue)來越明顯。

5 結論(lùn)
    流場仿真在渦(wō)街流量計的設(shè)計和完善中正(zhèng)變得越來越重(zhong)要，它通過理論(lun)支持指導仿真(zhen)的可實施性，并(bìng)将仿真結論用(yòng)于實驗中，提高(gāo)效率。通過模拟(ni)三維渦街流場(chang)三角柱繞流現(xiàn)🔅象，将升、阻力頻(pín)率進行對比，驗(yan)證了可将♊FLUENT用于(yu)三維渦街流場(chǎng)的仿真中👨‍❤️‍👨。并從(cóng)不同流速和不(bu)同截🍓流夾角兩(liǎng)方面分别考慮(lǜ)，對比分析了三(sān)維渦街信号的(de)信号強度，得出(chū)夾角在1°～7°範圍，對(duì)信号強度的影(ying)響不大，超過了(le)7°以後影響變大(dà)。從而爲以後的(de)🌐實驗做出理論(lùn)指導。進一步的(de)❄️研究可以⭐通過(guò)對不同🔞形狀的(de)旋渦發生體取(qu)不同截流夾角(jiao)和不同✔️流速進(jin)行仿真對比研(yán)究。

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