摘要(yào):爲了研究(jiu)渦街流量(liang)計 内部流(liú)場結構,通(tong)過GAMBI軟件的(de)非結構化(huà)網格技術(shù)和FLUENT軟件的(de)RNGke模型對渦(wo)街流量計(ji)的流場進(jin)行了三維(wei)數值模拟(nǐ),描繪了渦(wo)街産生和(he)脫落過程(chéng),着重分析(xī)了壁面壓(ya)力分布⛱️随(suí)渦街脫落(luò)的演變情(qing)🏃‍♀️況。結果表(biǎo)明🏃🏻:渦街流(liú)場🤞中靠近(jìn)旋渦發生(sheng)體🔆的壁面(miàn)靜壓有較(jiao)明顯的波(bō)動,在🔴距離(li)旋渦發生(shēng)體一定範(fàn)圍内,越靠(kào)近旋渦發(fā)生體,靜壓(yā)幅度越大(dà);而在對稱(chēng)于管道軸(zhóu)線的位置(zhì),壁面靜壓(ya)幅度相🚶等(deng),相位相反(fǎn)。該研究爲(wèi)優💋化渦街(jiē)流量計的(de)結🏃構設計(ji)和測量性(xing)能提供了(le)有益的參(cān)考。
0引言
　　渦(wō)街流量計(jì)是近年發(fā)展勢頭良(liang)好.優點突(tu)出的一類(lei)新🍓型流量(liàng)測量裝置(zhì)。它利用在(zài)特定的流(liú)動條件下(xia)流體部分(fen)動能産生(shēng)流體振動(dong),且振動頻(pin)率與流量(liàng)成正比這(zhe)一特征關(guan)系來進行(hang)工作。隻要(yào)采用合适(shi)的檢測方(fāng)法從與☎️渦(wō)街脫落相(xiang)伴的周期(qī)振動的流(liu)速、壓力中(zhōng)提取出頻(pín)率,那麽,就(jiù)可以得到(dao)管道内被(bei)測流體的(de)流量值川(chuān)。渦街流量(liàng)計的性能(neng)在很大♋程(cheng)度上受到(dào)渦街流場(chǎng)結構及其(qi)内部參數(shu)的時空分(fèn)布的影響(xiang)。因此,研究(jiū)渦街流量(liàng)計内👄部流(liu)動特性🚩對(duì)優化其⛷️測(ce)量性能具(ju)🆚有十分重(zhong)要的意義(yì)。
　　由于旋渦(wō)發生體的(de)阻流作用(yòng),渦街在管(guan)道内的流(liú)✉️動是強烈(liè)的非線性(xing)時變湍流(liu),難以解析(xī)地求得流(liu)場分㊙️布情(qíng)況,所以,至(zhì)今人們對(duì)旋渦發生(sheng)體後旋渦(wō)形成和脫(tuō)落過程的(de)認識幾乎(hū)全部依賴(lai)于經驗和(he)實驗。随着(zhe)計算機技(ji)術的飛速(su)發展,建立(lì)在經典流(liú)體力學與(yu)數值方法(fa)基礎💛上的(de)計算流體(ti)動力學爲(wèi)☎️人們研究(jiu)複雜流動(dòng)問題提供(gong)了一種有(yǒu)效的解決(jue)🤩方法,通過(guo)💋計算機數(shu)值計算方(fāng)法和圖像(xiang)顯示技術(shu),可以得到(dào)在時間和(he)空間.上定(dìng)量描述流(liu)場的數值(zhí)✔️解。
　　目前,人(rén)們對渦街(jiē)流場的數(shù)值模拟逐(zhú)漸從二維(wéi)過渡到和(hé)🔴渦方法等(deng)。國内外研(yán)究人員采(cǎi)用了各種(zhǒng)數值算🌏法(fa)對👉不同形(xing)狀✔️旋渦發(fa)生體在不(bu)同雷諾數(shu)下🧡進行了(le)模拟計算(suan)。總體.上說(shuō)來,在雷諾(nuò)數較小時(shi),數值模拟(ni)的結果與(yu)實際情況(kuàng)符合較好(hao),但是,在雷(léi)諾數較大(da)時,各🚩種因(yin)素對渦街(jie)的影響十(shi)分複雜,數(shù)值模拟的(de)結果還不(bú)盡如人意(yi),許多問題(ti)還待于❓進(jìn)一🔅步深入(ru)研究。
　　本文(wen)利用先進(jin)的計算流(liu)體力學軟(ruan)件FUENT及其前(qián)處理🏃🏻軟🐇件(jiàn)GAMBII對渦⁉️街流(liú)量計内壁(bì)面壓力分(fen)布進行了(le)數值模拟(ni),目的在于(yu)獲得💞關于(yú)渦街流量(liàng)計内部流(liu)場的定性(xing)或半定量(liang)的認識,爲(wei)優化渦街(jiē)流量計的(de)結構設計(ji)和測量性(xìng)能提供有(you)益的❌參考(kǎo)。
1計算域和(hé)網格
　　在模(mo)拟過程中(zhōng),渦街流量(liàng)計的計算(suàn)域簡化爲(wei)具有圓形(xíng)進出口⚽邊(biān)界的軸對(dui)稱三維幾(jǐ)何模型,坐(zuo)标原點設(she)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在旋✊渦發(fa)生體迎流(liú)面的中心(xin),如圖1所示(shì)。管道内徑(jìng)爲50mm,旋渦發(fā)生體爲梯(ti)形柱體,迎(yíng)流面寬度(du)爲14mm.圖1給出(chū)了:=0截面(=軸(zhou)方向垂直(zhí)紙面向外(wai))管道和旋(xuan)渦發生體(ti)的二維計(jì)算域及其(qi)網格的示(shi)意圖。爲了(le)真實🆚地模(mó)拟實際流(liú)動狀況，利(lì)用GAMBI軟件生(shēng)成了非結(jié)🌍構化的三(san)角網格。由(yóu)于旋渦發(fa)生體附近(jin)流場變化(huà)劇烈,因此(ci),對其周圍(wei)的網格進(jin)行了局部(bu)加密處理(li)。不同流速(su)的流動情(qing)況通過改(gǎi)變入口速(su)度來模拟(nǐ)。各求解變(biàn)量收斂殘(cán)差值設置(zhì)爲1x105。入口邊(biān)界設置爲(wei)沿管📞道軸(zhou)向均勻速(su)度入口,其(qí)他🧑🏽‍🤝‍🧑🏻方向速(su)度均爲0。出(chu)口邊界設(shè)置爲壓力(lì)出口,壓力(li)出口😄處的(de)表壓爲0。管(guǎn)道和旋渦(wō)發生體均(jun)設置爲固(gu)體,并且,壁(bi)面處無滑(huá)移。
 
2控制方(fang)程和計算(suàn)參數
　　與其(qi)他流動過(guò)程相同,渦(wō)街流動的(de)數學模型(xing)也是建🍓立(li)在質量守(shǒu)恒定律.上(shàng)的連續方(fāng)程、動量守(shǒu)恒定律上(shàng)的運動方(fāng)程和🏃‍♂️熱力(lì)學第一定(dìng)律.上的本(běn)構方程基(ji)礎🚩上的。綜(zong)合考慮仿(pang)真精度和(he)計算成本(ben),采用RNGke兩方(fang)程模型。
　　雷(léi)諾平均NavierSlokes方(fang)程組爲
 
　　式(shì)中μ爲流體(ti)動力粘度(dù);μt爲流體湍(tuan)動粘度;δtf爲(wèi)Koneck符号;k爲湍(tuān)流⭐脈動動(dòng)能。
 
　　式中Gk爲(wèi)湍流動能(néng)生成項;Gb爲(wèi)湍流動能(néng)擴散項;ε爲(wèi)流🔴體脈動(dòng)動能的耗(hào)散率;YAT爲湍(tuān)流動能耗(hào)散項;αk,αs。分别(bié)爲kε的逆有(yǒu)效普朗特(tè)數;Sk,S爲自🔞定(ding)義源項。
有(you)效粘度公(gōng)式爲
 
3結果(guǒ)分析
　　圖2給(gěi)出了介質(zhì)爲水、入口(kǒu)速度爲15m.s1時(shí)的渦街流(liú)場中靜🏃壓(ya)和動壓的(de)分布情況(kuàng)。其他介質(zhì)和入口速(sù)度時的計(jì)算結果相(xiàng)似。可🌈以看(kàn)✨出:旋渦從(cong)渦街發生(shēng)體兩⛷️側交(jiao)替脫離形(xing)成渦街,分(fen)離點在梯(tī)形柱的銳(ruì)邊上。流體(tǐ)流過旋渦(wō)發生體後(hou),旋渦在向(xiàng)下遊🈲運動(dong)的同時,旋(xuán)渦強度也(ye)逐漸由強(qiang)變弱。相應(ying)的,靜壓和(hé)動壓也都(dōu)是在旋渦(wō)發生體附(fù)近較🌈強,在(zai)向下遊運(yun)📧動的過程(cheng)中強度也(yě)逐漸減弱(ruo)。顯然,旋渦(wo)的周期性(xing)變化🏃🏻‍♂️使流(liu)場内各種(zhong)參數都随(suí)之發生交(jiao)替的波動(dong),因此，通過(guo)檢測渦街(jiē)尾流中周(zhou)期變化的(de)某一參數(shu)❗可以獲取(qu)渦街流動(dòng)特征。由于(yú)動壓的檢(jian)測比較困(kùn)難,需要将(jiang)測量件🈲伸(shen)入管道内(nei)✌️,因此,不适(shi)宜作爲反(fǎn)映渦街特(tè)💃性的被測(ce)特征參數(shu)。而管⁉️壁處(chu)靜壓的測(cè)量相🌂對來(lai)說要🛀簡單(dan)容易得多(duo),取壓裝💁置(zhì)垂直于流(liú)動方向且(qiě)位于管壁(bì)💃🏻上,同時其(qi)值隻需采(cǎi)用普通的(de)動态壓力(lì)傳感器即(ji)可測得。
 
　　爲(wei)了定量比(bi)較渦街流(liú)場空間中(zhong)不同位置(zhì)處靜壓的(de)大♈小,圖3給(gěi)出了靜壓(ya)在計算域(yu)中平行流(liu)向的:=0,y=245mm和垂(chuí)直流向的(de):=0,x=25mm兩條直線(xian)上的計算(suàn)結果。可以(yi)看到,渦街(jie)流場♈中靠(kào)近旋渦發(fā)生體管壁(bi)處的靜壓(yā)有較明💚顯(xiǎn)的波動,，沿(yan)流動方向(xiang)靜壓在0~50mm區(qū)間内波動(dòng)明顯、幅度(dù)最大,即在(zai)😍距離旋渦(wo)發❓生體一(yī)定範圍内(nei),越靠近旋(xuán)渦發生體(tǐ),靜壓幅度(dù)越大;而🌈在(zai)垂直流動(dong)方向上管(guan)道内壁處(chù)的靜壓也(yě)具有較大(da)的幅度。圖(tú)4給出了✨計(jì)算域中:=0平(ping)面上一對(duì)軸對稱管(guan)壁處監🌈測(ce)點P1(10,245,0)和Pi(10,24.5,0)靜壓(yā)的計算值(zhí)。從圖中可(kě)以看出:管(guan)壁處軸對(dui)稱的2點🐆靜(jing)壓波動的(de)幅度和頻(pín)率相等而(er)相位相🐪反(fǎn),因此，若♌在(zai)靠近旋渦(wo)發生體的(de)軸對🌏稱管(guan)壁上設置(zhì)兩個取壓(ya)點測量差(chà)壓,則可構(gòu)成🍓差動結(jié)構,獲得的(de)信号更強(qiáng)便于檢測(cè),通過測得(dé)的靜壓差(cha)可以😘檢測(cè)管内渦街(jie)流動特性(xìng)。
 
4結束語
1)流(liú)體流過旋(xuán)渦發生體(tǐ)後,旋渦在(zai)向下遊運(yùn)動的同📐時(shí)，旋渦📱強度(du)逐漸由強(qiáng)變弱,旋渦(wō)的周期性(xìng)變化使流(liú)場内靜壓(yā)和動壓等(deng)各種參數(shu)都随之發(fā)生交替的(de)波動;
2)渦街(jiē)流量計中(zhong)靠近旋渦(wo)發生體的(de)壁面靜壓(yā)有較明顯(xian)✌️的波動,在(zài)距離旋渦(wo)發生體.定(dìng)範圍内,越(yuè)靠近旋渦(wo)發生🛀體,壁(bi)面靜壓幅(fu)㊙️度越大,而(ér)在對稱于(yú)管道軸線(xian)的位置,壁(bì)面靜壓幅(fú)度相📐等而(er)相位相反(fan)。.
　　總之,渦街(jie)流量計内(nèi)壁面壓力(li)可以較好(hao)地表征渦(wō)街脫落的(de)過👅程,通過(guo)采用合适(shi)的檢測和(hé)信号處理(li)方法可以(yi)使人.們從(cong)多個角度(du)來提取渦(wō)街特性。并(bing)🐇且,關于渦(wo)街流量計(ji)内部流場(chǎng)♌的定性或(huo)半定量的(de)認識将有(yǒu)助于優化(huà)👣渦街流量(liàng)計的結構(gòu)設計及其(qi)測量性能(neng)。

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