摘要(yao)：目前對于(yú)渦街流量(liang)計 漩渦發(fā)生體的位(wei)置研究僅(jǐn)局限于二(er)維的仿真(zhēn)研究，但實(shi)際流體撞(zhuàng)擊漩渦發(fa)生體是流(liú)體三維模(mo)型。鑒于🚶二(èr)維仿真并(bìng)不能完全(quán)對實際流(liú)體撞擊漩(xuán)渦發生體(tǐ)的流場進(jìn)行驗證，采(cai)用數值仿(páng)🐆真軟件平(ping)Ansys+Workbench+FLUENT，根據實際(ji)渦街發生(shēng)體的機械(xie)尺寸建立(lì)相應的三(sān)維仿真模(mo)型。并對仿(pang)真模型進(jìn)行網格細(xi)分，再通過(guo)N—s方程進行(hang)求解計算(suàn)，通過仿真(zhen)與🚩在線實(shi)驗對比驗(yan)證表明通(tong)過☁️FIUENT軟件對(dui)實際渦街(jiē)流場進行(háng)仿真的可(kě)行性。最終(zhōng)利用FLUENT軟件(jian)，對❓不同流(liú)速，通過調(diào)👉整發生體(ti)平移的位(wei)置最終确(què)定發生體(ti)位🍉置對渦(wō)街信号的(de)影響，從而(ér)确定發生(sheng)體允許最(zuì)大的平移(yí)位置占。
1引(yǐn)言
　　随着渦(wo)街流量計(ji)在國内各(gè)行各業的(de)使用量逐(zhu)漸增📞大，各(gè)㊙️高校、研究(jiū)所和流量(liàng)計生産廠(chǎng)商的學者(zhě)和研究人(ren)員也對此(cǐ)展開了各(gè)方面的研(yan)究，渦街流(liu)場的數值(zhi)仿真的研(yan)究和實現(xiàn)也是其中(zhōng)一個重點(diǎn)]。
　　基于渦街(jiē)流量計的(de)測量原理(lǐ)渦街發生(shēng)體的設計(jì)要求🐕就尤(yóu)爲重要，而(ér)在實際設(she)計生産當(dang)中不能保(bǎo)證發生體(tǐ)的中心位(wèi)置在管道(dao)的中軸線(xiàn)上，發生體(tǐ)與管道中(zhōng)軸線偏離(lí)多少會對(dui)✂️最終的🥰測(ce)量産生影(ying)響需要重(zhòng)㊙️複更換發(fa)生體，操作(zuò)起來費時(shi)費力。鑒于(yu)以上原因(yīn)對進行對(dui)渦街發生(shēng)體移動位(wèi)置進行仿(pang)真研究，通(tōng)過仿真結(jié)果來指導(dǎo)物理實驗(yàn)，并根據物(wu)理實驗結(jie)果進一步(bù)完善🏃‍♀️傳感(gan)器結構。
2渦(wo)街流量計(jì)原理
　　渦街(jie)流量計利(lì)用流體振(zhen)動原理進(jìn)行流量測(cè)量，在特定(ding)的流⁉️動條(tiáo)件下,流體(tǐ)-部分動能(neng)轉化爲振(zhen)動,其振動(dòng)頻率與流(liú)速(流量)有(yǒu)确定的比(bǐ)例關系。1878年(nián)斯特勞哈(ha)爾(Strouhal)發表了(le)👄關于流🚶‍♀️體(tǐ)振動🌈頻率(lǜ)與流速關(guān)系的文章(zhāng)的。渦街流(liú)量計的基(jī)本原理是(shi):在與被測(ce)介質流向(xiàng)垂直的方(fang)向放置--個(gè)非流線型(xíng)旋渦發生(shēng)體，當🆚流體(ti)流過該🙇🏻旋(xuán)渦發生體(tǐ)時，在♈發生(shēng)體後方兩(liang)側交🚶‍♀️替地(dì)分離釋放(fàng)出兩列規(gui)♌則的交錯(cuo)排列的旋(xuan)渦，稱爲馮(feng).卡爾曼渦(wō)街們💋，如圖(tú)1所示。當旋(xuán)渦發生體(tǐ)右(或左)下(xia)方産生一(yī)個旋渦後(hòu)，在旋渦發(fā)生體上産(chan)🏃生一個升(sheng)力。在旋渦(wo)發生體的(de)後方安裝(zhuāng)應力式壓(ya)電傳🧑🏾‍🤝‍🧑🏼感器(qi)，可以将作(zuo)用在旋渦(wō)發生體上(shang)的升力轉(zhuǎn)換爲♌電荷(he)信号。該電(dian)荷信号的(de)變化頻🌈率(lü)與旋渦的(de)脫離頻率(lǜ)一.緻。通過(guò)檢測電荷(hé)信号的變(biàn)化頻率，就(jiu)可以得到(dào)旋渦的分(fèn)離頻🧑🏽‍🤝‍🧑🏻率口(kou)。

3渦街(jiē)流場模型(xíng)分析
　　雷諾(nuo)時均方程(chéng)的方法求(qiu)解出來的(de)是流動變(biàn)量的針對(dui)✏️時間的👈平(ping)均值.無法(fa)給出流場(chang)結構的詳(xiang)細信息，體(ti)現不出湍(tuān)流流動的(de)瞬時性特(tè)點。大渦模(mo)拟(LargeEddySimulation,LES)是近代(dài)湍🙇🏻流研究(jiu)中,用計⛷️算(suan)機直接求(qiú)解N-S方程的(de)一種方法(fǎ),它從空間(jiān)的角度對(dui)大渦進行(háng)直接模拟(ni)，對小渦進(jìn)行模型化(huà)處理，從而(ér)使得網格(gé)要求比DNS低(dī)。其基本思(sī)想是;将流(liú)動的區域(yu)分爲㊙️兩個(gè)部分:一部(bu)分是可通(tong)過求解定(ding)常♊三維N-S方(fang)程獲得的(de)大尺度渦(wō)旋流動部(bu)分，另一部(bù)分是不需(xū)要直接計(jì)算可采用(yong)通用模型(xíng)獲得🔅的小(xiao)尺度部分(fèn)。
　　LES的控制方(fang)程是對N-S方(fāng)程在波數(shù)空間或物(wu)理空間進(jin)行過濾得(de)到⭕的。過濾(lǜ)的過程是(shi)去掉比過(guò)濾寬度或(huo)者給定物(wu)理寬度小(xiao)♌的旋渦，從(cong)而得到大(da)旋渦的控(kòng)制方程。對(dui)于均勻湍(tuān)流,常用卷(juan)積濾波定(dìng)義變量的(de)大尺度成(cheng)分:


　　爲了直(zhi)觀得到渦(wo)街信号真(zhen)實的流動(dong)曲線及流(liu)場分布,本(běn)💞課題采用(yòng)LES湍流模型(xíng)來模拟渦(wō)街流場。在(zài)CFD-Post中.選用二(er)階迎風🆚差(cha)分格式及(jí)SIMPLE算法”進行(hang)仿真。如圖(tu)2爲流體流(liu)經三角柱(zhu)發生體時(shi)的流線圖(tú)，可以從圖(tu)中清晰地(di)看到旋渦(wō)的産生、脫(tuo)落,以及渦(wo)街流量計(jì)的工作流(liú)場。

4三維渦(wo)街流場仿(páng)真
　　通過FLUENT軟(ruan)件對實際(ji)管道中的(de)流場進行(hang)仿真,其中(zhōng)在使用FLUENT設(she)置相關參(can)數時是根(gēn)據實際管(guǎn)道中發生(sheng)體的尺寸(cun)進行配置(zhi),圖3爲實際(jì)管道中發(fā)生體在管(guǎn)道中平移(yi)後的三視(shì)圖。

　　發(fa)生體中心(xin)線平行于(yu)基準軸線(xiàn)。這種情況(kuàng)下，會産生(shēng)位置🐆偏⭕差(cha)，平移距離(li)記作δ。如圖(tú)4所示。

　　在Geometry中(zhong)建立發生(sheng)體中心線(xiàn)平行于基(jī)準軸線的(de)三維🈲幾何(he)模型。如圖(tú)5所示。


　　可以(yi)從圖7中看(kàn)出即使發(fa)生體位置(zhì)與理想位(wei)置存在偏(piān)🌈差，仍然會(hui)出現旋渦(wo)脫落現象(xiàng)。并且當發(fā)生體上側(cè)的旋渦從(cóng)産生到脫(tuo)落時.發生(sheng)體下側在(zai)爲旋渦的(de)産生做準(zhǔn)備，而不會(huì)産生旋渦(wō)。同時當上(shàng)側旋渦離(li)開發生體(ti)一段距離(lí)以後，下側(ce)才開始出(chu)現旋渦。
　　發(fa)生體在理(lǐ)想位置時(shí)産生的旋(xuan)渦是交替(tì)排列的，而(ér)發生🔱體在(zài)中心線發(fā)生平移的(de)情況下，會(hui)根據δ的不(bu)同使得旋(xuán)渦脫落✉️後(hòu)朝中心線(xiàn)相對基準(zhǔn)軸線平移(yi)的方向碰(peng)撞到管壁(bi)。針對此現(xiàn)象對低速(sù)(4m/s)、中速(40m/s)和高(gao)速(70m/s)流速🥵下(xia)進行仿真(zhēn)研究，并将(jiāng)數據記錄(lù)到表1中。

　　爲(wèi)了更爲直(zhi)觀地反映(ying)出圖8中不(bu)同流速下(xia)的旋渦信(xin)号強度随(suí)平移位置(zhi)的變化規(guī)律,現将表(biǎo)1中的旋渦(wo)信💞号強度(dù)用表2的偏(pian)移程度來(lai)表示。

　　将(jiang)表2中的數(shu)據繪制成(chéng)圖8。從圖中(zhōng)可以看出(chū)信号強度(dù)随着偏移(yi)距離，流速(su)的不同而(ér)不同。并且(qiě)得出以下(xià)結💯論:無論(lun)是低速(4m/s).中(zhong)速(40m/s)、還是高(gāo)速(70m/s)流速下(xia),随着平移(yi)距離🏒的增(zeng)加，信号強(qiáng)度減弱,偏(pian)移程🏃‍♂️度增(zeng)加。平移距(jù)離越小，偏(piān)移程度越(yue)小,随着平(píng)移距離的(de)增加，平移(yi)距離與偏(piān)移程度近(jin)似于平方(fang)關系💔。
　　通過(guo)觀察低速(su)(4m/s)、中速(40m/s)和高(gao)速(70m/s)流速下(xia)渦街流場(chǎng)中旋渦的(de)産📧生-脫落(luo)圖，可以發(fa)現，當平移(yi)距離較小(xiǎo)時，會在發(fā)生體尾部(bu)生成兩列(lie)規則排列(liè)的旋渦。繼(jì)續增加偏(piān)移距離，會(hui)⭐出現旋渦(wo)發生體尾(wei)部産生交(jiao)替排列的(de)旋渦👣向發(fā)生體尾部(bu)産生的旋(xuan)渦碰撞到(dào)管壁🏃‍♀️的過(guo)渡點。流速(su)爲4m/s時，過渡(dù)點在0.3d處;流(liu)速爲40m/s和70m/s時(shi)，過渡點在(zai)0.4d處。也就是(shì)說，當流速(su)爲4m/s,平移距(ju)離爲0.3d、0.4d和0.5d時(shí)，發生體産(chǎn)生的旋渦(wō)會碰撞到(dao)管壁;當流(liu)速爲40m/s或70m/s,偏(pian)移距離爲(wei)0.4d和0.5d時，發生(shēng)體産生的(de)旋渦會碰(peng)撞‼️到管壁(bi)。
5仿真與實(shi)際流速對(dui)比
　　實驗室(shi)使用50mm口徑(jing)液體流場(chang)進行實驗(yàn)其中實驗(yàn)裝💚置如圖(tú)9所示,由于(yu)限制本實(shí)驗主要針(zhen)對低流速(sù)下進行😄實(shi)驗仿真對(duì)比。

　　渦街流(liu)量計安裝(zhuāng)在閥門的(de)下遊,由于(yu)閥門上遊(you)連接的，水(shui)箱在水泵(beng)不斷送水(shuǐ)的狀态下(xia)一-直呈溢(yì)出㊙️狀态，因(yīn)此可認爲(wèi)上遊水🐪箱(xiāng)的液位是(shi)穩定的。實(shi)驗中通過(guò)調節閥門(men)的開度達(dá)到控制回(huí)路中流量(liang)大小，同時(shi)與仿真中(zhōng)的流速進(jìn)行對比，其(qí)中δ爲發生(shēng)體平移距(ju)離。

6結論
　　流(liú)場仿真在(zài)渦街流量(liang)計傳感器(qi)設計以及(jí)優化傳感(gǎn)器設👄計變(bian)得越來越(yuè)重要,它通(tong)過理論支(zhī)持指導仿(pang)真的可實(shí)施🐪性，并将(jiang)仿真結論(lun)用于實驗(yan)中,大大縮(suo)短了設計(jì)周期。
　　通過(guò)模拟三維(wéi)渦街流場(chang)以及渦街(jiē)流量計的(de)漩渦發生(sheng)體,通過改(gǎi)變發生體(ti)與管道基(ji)準軸的距(jù)離從🔆而得(dé)到不同的(de)漩渦信号(hao),通過仿真(zhen)與實際管(guan)道流😘體的(de)實驗對比(bǐ)可以看出(chu),在發💁生體(ti)中心線相(xiang)對于基準(zhǔn)軸線🏃🏻‍♂️發生(shēng)平移的情(qíng)況下，渦街(jie)流場的旋(xuan)渦信号強(qiáng)度是流體(tǐ)流速和平(píng)移距離的(de)共同作用(yòng)結果,同時(shí)在發生🌈體(tǐ)🏃‍♀️偏離中心(xīn)軸在0.05d以内(nèi)則不影響(xiang)渦街流量(liang)計的最終(zhong)測量精度(dù),這爲實際(jì)設計發生(shēng)體做出理(lǐ)論指導。

以(yi)上内容源(yuán)于網絡，如(rú)有侵權聯(lian)系即删除(chú)!