1 引言
   随着計(jì)算機技術、數(shù)值計算技術(shù)的發展，現代(dài)模拟仿真技(jì)術🐅計算流體(tǐ)力學（computational　fluid　dynamics，CFD）也随之(zhi)而生。它是對(dui)純理論和🙇‍♀️純(chun)實驗方法很(hěn)📐好的💁促進和(he)補充。CFD作爲一(yi)門新興學科(kē)，它力求通過(guo)數值實驗替(ti)代實㊙️物實驗(yàn)，采用虛拟流(liu)場來模拟真(zhen)㊙️實流場内部(bu)的流體流動(dong)情況，從而使(shi)得實驗研究(jiū)更加🐪方便，研(yán)究場景更加(jia)豐富可編程(chéng)。
FLUENT軟件提供了(le)多種基于非(fei)結構化網格(gé)的複雜物理(li)模型，并針對(duì)不同物理問(wèn)題的流動特(tè)點創建出不(bú)同的數值🐇解(jie)法。用戶🚩可根(gen)據實際需求(qiú)自由選擇，以(yi)便在計算速(sù)度、穩定性和(he)精度等方面(miàn)達到最佳，提(ti)高設計效率(lü)。
  關于渦街流(liu)量計 的發生(sheng)體數值模拟(nǐ)研究，主要集(jí)中在渦街發(fā)生體形狀和(he)‼️尺寸上。Yamasaki指出(chu)發生體的形(xing)狀與幾何參(cān)數和渦街流(liu)量計的流量(liang)🤩特性（儀表系(xì)數、線性度、重(zhong)複性、測量範(fan)圍）與阻力特(tè)性存在相當(dang)大的關聯關(guān)系。S.C.Luo等人研究(jiū)旋📧渦發生體(tǐ)尾緣形狀以(yi)及迎流角度(du)對渦🏃街性能(néng)的影響，在風(feng)洞和💯水槽實(shí)驗中，得出在(zài)全長相等的(de)情況下，旋渦(wō)強度随尾緣(yuán)夾角的增大(da)🧡而減小。彭傑(jié)綱等人在50mm口(kou)徑管道氣流(liú)量🌍實驗中，通(tōng)過對不🛀🏻同尾(wei)緣夾角角度(dù)的旋渦發生(shēng)體進行實驗(yàn)研究，得出旋(xuan)渦發生體尾(wei)緣的夾角爲(wèi)41.8°時具有很好(hǎo)㊙️的線性度。賈(jia)雲飛等人通(tong)過對⭐二維渦(wō)街流場中的(de)壓力🐆場進行(hang)數值仿真研(yan)究，得出T形發(fa)生體産生的(de)旋渦㊙️信号的(de)強度要優于(yú)三角🏃🏻柱發生(shēng)😄體。
    渦街流量(liàng)計利用流體(tǐ)振動原理進(jin)行流量測量(liàng)。選💃取了應💛力(li)式渦街流量(liang)計進行研究(jiū)。它通過壓電(dian)檢測元件獲(huo)取電壓頻率(lü)，再根據流體(tǐ)流量與渦街(jie)頻㊙️率成正比(bi)得出被測流(liú)量。在過🚶去的(de)渦街流量計(jì)研究中，一直(zhi)将研究重點(diǎn)放在真實流(liu)場實驗中，但(dàn)這🏃‍♂️需要重複(fú)更☎️換口徑、調(diao)節😄流量，大大(dà)降低了工作(zuò)效率。爲解決(jué)此問題，采用(yòng)三維渦街流(liu)場數值分析(xi)的方法對内(nèi)🈲部流場的變(bian)化進行研究(jiū)。
    通過FLUENT軟件對(duì)三維渦街流(liu)場進行數值(zhi)仿真，并将不(bú)同流速下的(de)✍️升、阻力系數(shù)進行比較，驗(yan)證數值仿真(zhen)可行性。并通(tong)過改變⛹🏻‍♀️管截(jie)面與截流面(miàn)之間的夾角(jiao)，在低、中、高速(sù)流速下，進行(háng)取壓，最終得(dé)⁉️出随着夾角(jiǎo)的不同，信号(hào)強度不同。夾(jia)角在1°～7°範圍，對(duì)信号強度的(de)衰減影響不(bú)🍓大，超過7°以後(hou)對信号強度(du)影響變大，并(bing)✨随着流速的(de)增加，趨勢越(yue)來越強。
2 升、阻(zu)力系數
    旋渦(wo)脫落時，流體(ti)施加給柱體(tǐ)一個垂直于(yú)主流的周期(qi)性🧑🏽‍🤝‍🧑🏻交變作用(yong)力，稱爲升力(lì)。由于柱體兩(liǎng)側交替的釋(shi)放旋渦時，剛(gāng)釋放完渦流(liú)的一側柱面(mian)，擾流改善，側(cè)面總壓力降(jiang)低；将✌️要釋放(fàng)渦流的另一(yi)側柱面💃，擾流(liú)較差✌️，側面總(zong)壓力較大，從(cong)而形成一個(gè)作用在🔆三角(jiǎo)柱上、方向總(zǒng)是指向剛釋(shì)放完渦🍓流那(nà)一側的🔞作用(yòng)力，所以升✔️力(lì)的交變頻率(lü)和旋渦的脫(tuo)落頻率一緻(zhi)，升力的變化(huà)☔規律和旋渦(wo)的變⭐化規律(lǜ)一緻，因而通(tōng)過監視柱面(mian)上的升力變(bian)化規律，可以(yi)反映旋渦脫(tuo)落規💁律。
    阻力(lì)系數反映的(de)是柱體迎流(liú)方向上的作(zuo)用力變化情(qíng)況，每當柱體(ti)兩側不管哪(nǎ)一邊的釋放(fang)旋渦一次，迎(yíng)流方向上的(de)作用力都會(huì)随壓力變化(huà)有規律地變(bian)化一次，因此(cǐ)，升力系數變(biàn)📐化的一個周(zhou)期内，阻💁力系(xi)數變化爲兩(liǎng)個周期。
3 三維(wéi)渦街流場模(mo)拟的可行性(xìng)分析
3.1 幾何建(jian)模與網格劃(huà)分
圖1是在ANSYS　Workbench中(zhōng)建立的三維(wéi)渦街流量計(jì)幾何模型。其(qí)中管道口徑(jìng)50mm，管道長1000mm，旋渦(wo)發生體截流(liu)面寬度14mm，管截(jie)面與截🌐流面(miàn)夾角😘爲α。

對幾(jǐ)何模型進行(hang)非結構網格(gé)劃分，作爲數(shu)值模拟的載(zai)體，如圖2所示(shi)。

3.2 仿真參數設(she)置
在FLUENT中，三維(wéi)渦街流場參(cān)數設置如下(xià)：
1）流體：空氣（air）；
2）湍(tuān)流模型：Renormalization－group（RNG）k－ε模型(xíng)；
3）邊界條件
①流(liu)速入口邊界(jie)：根據需要設(shè)置不同流速(sù)、湍流動能和(he)耗🈲散🌍率；
②壓力(lì)出口邊界：零(líng)壓；
4）求解器：基(ji)于壓力的三(sān)維雙精度瞬(shun)态求解器；
5）數(shù)值計算過程(chéng)：SIMPLE算法。
3.3 升、阻力(lì)變化頻率的(de)計算結果及(ji)分析
圖3所示(shì)速度等值。三(sān)維渦街流場(chang)在夾角爲0°，入(rù)口流速☁️爲5m/s的(de)情況💘下的速(su)度等值線圖(tu)。

    通過仿真模(mó)拟，圖4給出流(liu)速u＝5m/s時，作用在(zai)三角柱上的(de)升力系數🐆和(hé)阻力系數變(biàn)化曲線。由圖(tu)5升力系數的(de)FFT曲線可以看(kan)出其頻率爲(wèi)FL＝87.92Hz。從圖6阻力系(xi)數的FFT曲線可(kě)以看出其頻(pín)率爲FD＝176.43Hz，約爲升(shēng)力系數變化(hua)頻率的2倍。

    爲(wèi)了驗證将FLUENT用(yòng)于渦街流量(liang)計的三維流(liu)場仿真的可(kě)行性，對不同(tong)流速下的升(shēng)、阻力頻率進(jin)行比較，如表(biǎo)1所示。可以看(kan)出阻力系數(shu)變化頻率是(shì)升力系數變(biàn)化頻率的2倍(bei)，說明用FLUENT進行(háng)渦🎯街流量計(jì)的三維仿真(zhen)是可行的。

4 仿(páng)真結果
    基于(yú)上述通過升(shēng)、阻力變化頻(pin)率的關系驗(yan)證出利用FLUENT對(dui)💁三維💰渦街流(liú)場進行仿真(zhen)是可行的。本(ben)節應用FLUENT對截(jie)流夾角、流☀️速(sù)和信号強度(du)之間的關系(xi)進行了仿真(zhen)研究。分别取(qǔ)7m/s、40m/s和70m/s的流速α的(de)角度在0°～10°範圍(wei)内取值（發生(sheng)體的安裝偏(pian)差一般不會(hui)超過10°），進行數(shù)值仿真。記錄(lu)信号強度，如(rú)表2所示。

    将表(biǎo)2的數據繪制(zhì)成圖7，将圖7中(zhōng)流速爲7m/s的數(shù)據放大如圖(tu)8所示。觀察圖(tu)7、8，可以直觀的(de)反應出夾角(jiao)、流速與信号(hào)強度的關系(xì)變化。通過對(duì)比這3張圖可(ke)以看出，信号(hào)強度随着夾(jia)角、流速的不(bu)同而不同。并(bìng)從圖中⭐得出(chu)結論：
1）渦街的(de)信号強度與(yǔ)流速成正比(bǐ)，随着流速的(de)增加，旋渦♋脫(tuō)落頻🔞率信号(hao)強度會顯著(zhe)增加。
2）在流速(sù)相同的情況(kuang)下，随着夾角(jiao)的增大，信号(hao)強度逐漸減(jiǎn)小，并随着夾(jia)角的增大，信(xìn)号強度的衰(shuai)減程度也逐(zhú)漸增大。夾角(jiao)在1°～7°範圍，對信(xin)号強度的衰(shuai)減影響不大(da)，可忽略，超過(guò)7°以後對信号(hao)強度影響變(bian)大，不可忽略(luè)。
3）在夾角相同(tóng)的情況下，随(sui)着流速的增(zēng)大，信号強度(dù)衰減趨🔆勢越(yuè)來越明顯。

5 結(jié)論
    流場仿真(zhen)在渦街流量(liàng)計的設計和(he)完善中正變(bian)得越來🌏越重(zhong)要，它通過理(lǐ)論支持指導(dao)仿真的可實(shí)施性，并将仿(páng)⛷️真結⭐論用📐于(yu)實☀️驗中，提高(gao)效率。通過模(mo)拟三維渦街(jie)流場三角柱(zhu)繞流現象，将(jiang)升、阻力頻率(lǜ)進行對比，驗(yàn)證了可将FLUENT用(yòng)于三維渦街(jie)流場的仿真(zhēn)中。并從不同(tong)流速和不同(tong)截💛流夾角兩(liang)方面分别考(kǎo)慮，對比分析(xī)了三維渦街(jie)信号的信号(hao)強度，得出夾(jia)角在1°～7°範圍，對(duì)信号強🌈度的(de)影響不大，超(chāo)過了7°以後影(yǐng)響㊙️變大。從而(ér)爲以後的㊙️實(shí)驗做出理論(lun)指導。進一步(bu)的研究可以(yǐ)🔴通過對不同(tóng)形狀的旋渦(wō)發生體取不(bu)同📞截流夾角(jiao)和不同流速(sù)進行仿真對(dui)比研究。

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