摘要：對于(yú)渦街流量(liang)計 的旋渦(wo)發生體的(de)仿真研究(jiu)主要集中(zhōng)在形狀和(he)尺寸上，但(dan)在現場複(fu)雜工況環(huan)境的情況(kuang)下，發生體(tǐ)的位置并(bing)不🔅是固定(ding)不變的，會(hui)存在安裝(zhuāng)偏差。爲了(le)很好的分(fèn)析發生🏃‍♂️體(tǐ)安裝✉️偏差(chà)帶來的信(xin)号強度發(fā)生💘變化的(de)問題，确定(dìng)不影響信(xin)号強度的(de)最💘大偏差(cha)角💜度，采用(yong)三角柱型(xíng)發生體🏃，在(zai)Ansys+Workbench＋FLUENT數值仿真(zhen)軟件平台(tai)環🈲境下，根(gēn)據渦街流(liú)量計的實(shí)際物理結(jie)構尺寸建(jian)立仿真模(mó)型，并對其(qi)進行網✂️格(gé)劃分、求解(jie)，将仿真得(dé)到的升、阻(zu)力頻率相(xiàng)比🈚較，得出(chū)阻力頻率(lǜ)正㊙️好是升(shēng)力🐪頻率的(de)2倍，表明可(ke)以利用FLUENT軟(ruan)件對渦街(jie)流量計進(jìn)行三維流(liu)場數值仿(páng)真。最後🔴利(lì)用FLUENT軟件，通(tōng)過改變管(guǎn)截👣面與截(jie)流面的夾(jia)角，在低👉、中(zhōng)、高速流速(sù)下，對其進(jin)行取壓，将(jiang)得到的信(xìn)号強度😄和(he)頻譜分布(bu)進行比較(jiào)分析，得出(chu)夾角與信(xìn)号強度的(de)關系⛷️：夾角(jiao)在1°～7°範圍，對(dui)信🌏号強度(dù)的影響不(bu)大，超過7°以(yi)後影響👌變(bian)大。
1引言
　　随(sui)着計算機(ji)技術、數值(zhi)計算技術(shù)的發展，現(xiàn)代模拟仿(pang)真技術計(ji)算流體力(li)學（cmputational fluid dynamics,CFD）也随之(zhī)而生［1］。它是(shi)對純理論(lun)和👣純實驗(yan)方法很🌍好(hao)的促進和(hé)補充。ＣＦＤ作爲(wei)一門新興(xìng)學科，它力(li)求通過數(shù)值實驗替(tì)代實物實(shí)驗，采用虛(xu)拟流場來(lái)模拟真實(shi)流場内部(bù)的流體流(liu)動情況，從(cong)而使得實(shí)驗研究更(gèng)加方便，研(yan)究場景更(gèng)加豐富🌈可(ke)編程［2－5］。
　　FLUENT軟件(jiàn)提供了多(duo)種基于非(fei)結構化網(wǎng)格的複雜(zá)物理模🛀🏻型(xing)👌，并針對不(bu)同物理問(wèn)題的流動(dòng)特點創建(jian)出不同的(de)數值解法(fǎ)［6］。用戶🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可根(gēn)據實際需(xū)求自由選(xuǎn)擇，以便在(zài)計算速度(dù)、穩定性和(hé)精度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻等方(fāng)面達到好(hǎo)的，提高設(she)計效‼️率。
　　關(guān)于渦街流(liú)量計的發(fā)生體數值(zhí)模拟研究(jiū)，主要集中(zhōng)✌️在渦街👅發(fā)生體形狀(zhuàng)和尺寸上(shàng)［7－10］。Ｙａｍａｓａｋｉ指出發生(shēng)體的形狀(zhuàng)與幾何參(can)數和渦街(jiē)流量計的(de)流量特性(xing)（儀表系數(shu)、線性度、重(zhong)複性、測量(liang)範圍）與阻(zu)力特🤟性存(cún)在相當大(da)的關聯關(guan)系。Ｓ．Ｃ．Ｌｕｏ等人研(yán)究旋渦發(fā)生體尾緣(yuan)形狀以及(ji)迎流角度(du)對渦街性(xing)能的影響(xiǎng)，在風✨洞和(he)水槽實🐕驗(yan)中，得出在(zài)全長相等(děng)的情況下(xia)，旋渦強度(dù)随尾緣夾(jiá)角的增大(dà)而減小。彭(peng)傑綱等人(ren)在50mm口徑管(guan)道氣流量(liàng)實驗中，通(tōng)過對不同(tong)尾緣夾角(jiao)角度💞的旋(xuan)渦發生🌈體(tǐ)進行實驗(yan)研究，得出(chu)🚶‍♀️旋渦發生(shēng)體尾緣的(de)夾🔴角爲41．8°時(shí)具有很好(hǎo)的線❓性度(du)。賈雲飛等(děng)人通過對(duì)二維渦街(jie)流場中的(de)✨壓力場進(jin)行數值仿(páng)真研究，得(de)出Ｔ形發生(shēng)體産生的(de)旋渦信号(hào)的強度要(yào)⁉️優于三角(jiao)柱發生體(tǐ)。
　　渦街流量(liang)計利用流(liu)體振動原(yuan)理進行流(liu)量測量［11］。選(xuǎn)取🔞了應力(lì)式渦街流(liú)量計進行(háng)研究。它通(tōng)過壓電檢(jiǎn)測元件獲(huò)取電壓頻(pín)率，再根據(jù)流體流量(liàng)與渦街頻(pín)🔅率成正比(bǐ)得出被測(cè)流量。在過(guo)去的渦街(jie)流量計研(yan)究中，一直(zhí)将研究重(zhòng)點放在真(zhēn)實流場實(shí)驗中，但這(zhe)需要重複(fú)更換口徑(jìng)、調節流量(liang)，大大降㊙️低(di)了工作效(xiao)🐇率。爲解決(jué)此問題，采(cǎi)用三維渦(wō)街流場數(shu)值分析的(de)方法對内(nei)部流場的(de)變化進行(hang)研究。
　　通過(guò)FLUENT軟件對三(san)維渦街流(liú)場進行數(shu)值仿真，并(bìng)将不同流(liú)速下的升(sheng)、阻力系數(shu)進行比較(jiào)，驗證數值(zhí)仿真可行(háng)☔性。并⁉️通過(guo)改變管截(jie)🐇面與截流(liu)面之間的(de)夾角，在低(dī)、中、高速流(liu)速下，進行(hang)取壓🚶‍♀️，最終(zhong)得出随着(zhe)夾角的不(bú)同，信号強(qiang)度不同。夾(jiá)角在1°～7°範圍(wéi)，對信号強(qiang)度的衰減(jiǎn)影響不🚶‍♀️大(da)，超過7°以後(hou)🥰對信号強(qiáng)度影響變(biàn)大，并随着(zhe)流速的增(zēng)加，趨勢越(yuè)來越強。
2升(shēng)、阻力系數(shù)
　　旋渦脫落(luò)時，流體施(shī)加給柱體(ti)一個垂直(zhí)于主流的(de)周期😍性交(jiāo)變作用力(lì)，稱爲升力(li)［12］。由于柱體(ti)兩側交替(tì)的釋放旋(xuán)渦時，剛釋(shì)放完🔞渦流(liú)的一側柱(zhù)面，擾流改(gai)善，側面總(zǒng)壓力降低(dī)；将要釋放(fang)渦流的另(ling)一側柱面(miàn)，擾流較差(chà)，側面總壓(ya)力較大，從(cóng)🌂而形成一(yi)🐪個作用在(zài)三角柱上(shàng)、方向總是(shì)指向剛釋(shì)放完渦流(liu)那一側的(de)🔞作用力，所(suo)以升力的(de)交變頻率(lü)👨‍❤️‍👨和旋渦的(de)脫落頻率(lü)一緻，升力(li)的變化🈚規(gui)律和旋渦(wo)的變化規(guī)律一緻，因(yin)而通過監(jian)視柱面上(shàng)的升力變(biàn)化規律，可(ke)以反映旋(xuan)渦脫落規(guī)律。阻力系(xì)數反映的(de)是柱體迎(ying)流方向上(shang)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的作用力(lì)變化情況(kuàng)，每當柱體(tǐ)兩側不管(guan)哪一邊的(de)釋放旋渦(wo)一次，迎流(liú)方向上的(de)作用力都(dōu)會随壓力(li)🚶變化有規(guī)律地變化(huà)一次，因此(ci)，升力系數(shu)變化的一(yī)個周期内(nei)🧡，阻力系數(shu)變化爲兩(liang)個周期。
3三(sān)維渦街流(liu)場模拟的(de)可行性分(fèn)析
3．1幾何建(jiàn)模與網格(gé)劃分
　　圖1是(shi)在ANSYS Workbench中建立(lì)的三維渦(wō)街流量計(jì)幾何模型(xing)。其中管道(dao)口徑50mm，管道(dào)長1000mm，旋渦發(fa)生體截流(liu)面寬度14mm，管(guan)截面💔與截(jie)流面夾角(jiao)爲α。

對幾何(he)模型進行(háng)非結構網(wǎng)格劃分，作(zuò)爲數值模(mó)拟的載體(ti)，如🈲圖2所示(shì)。

3．2仿真參數(shu)設置
在FLUENT中(zhōng)，三維渦街(jiē)流場參數(shù)設置如下(xia)：
1）流體：空氣(qì)（ａｉｒ）；
2）湍流模型(xing)：Renormalization-group(RNG)ｋ－ε模型；
3）邊界(jie)條件
①流速(sù)入口邊界(jie)：根據需要(yao)設置不同(tóng)流速、湍流(liu)動能和耗(hào)散率🤞；
②壓力(lì)出口邊界(jiè)：零壓；
4）求解(jie)器：基于壓(yā)力的三維(wéi)雙精度瞬(shun)态求解器(qì)；
5）數值計算(suàn)過程：SIMPLE算法(fǎ)。
3．3升、阻力變(biàn)化頻率的(de)計算結果(guo)及分析
圖(tú)3所示速度(du)等值。三維(wei)渦街流場(chǎng)在夾角爲(wèi)0°，入口流速(su)爲5m/s的情況(kuang)下的速度(du)等值線圖(tú)。

　　通過仿真(zhen)模拟，圖4給(gěi)出流速ｕ＝5m/s時(shi)，作用在三(sān)角柱上的(de)🌈升🥵力💚系數(shu)和阻力系(xi)數變化曲(qu)線。由圖5升(sheng)力系數的(de)ＦＦＴ曲線可以(yi)看出其頻(pin)率爲ＦＬ＝87．92Ｈｚ。從圖(tú)6阻力系數(shù)的ＦＦＴ曲線可(ke)以看出其(qí)頻率♋爲ＦＤ＝176．43Ｈｚ，約(yue)爲升力系(xi)🔆數變化💰頻(pin)率的2倍。



　　爲(wèi)了驗證将(jiang)FLUENT用于渦街(jiē)流量計的(de)三維流場(chǎng)仿真的可(ke)行性，對不(bú)同流速下(xià)的升、阻力(lì)頻率進行(háng)比較，如表(biǎo)1所👈示。可👌以(yǐ)看出阻🎯力(li)系數變化(huà)頻率是升(shēng)力系數變(bian)化頻✏️率的(de)2倍，說明用(yòng)FLUENT進行渦🔅街(jie)流量計的(de)三維仿真(zhen)是可行的(de)。

4仿真結果(guo)
　　基于上述(shù)通過升、阻(zu)力變化頻(pín)率的關系(xi)驗證出利(lì)用FLUENT對🛀三維(wéi)渦街流場(chang)進行仿真(zhen)是可行的(de)。應用FLUENT對截(jié)流夾角、流(liu)速和信号(hào)強度🙇‍♀️之間(jian)的關系進(jin)行了仿真(zhen)🥵研究。分⭐别(bie)取7m/s、40m/s和70m/s的流(liú)速🚩，α的角度(dù)在0°～10°範圍内(nèi)取值（發生(sheng)體的安裝(zhuāng)偏差一般(ban)不會超過(guo)👅10°），進行數值(zhí)🐇仿真。記錄(lù)信号強度(du)，如表2所示(shì)。

　　将表2的數(shù)據繪制成(cheng)圖7，将圖7中(zhōng)流速爲7m/s的(de)數據放大(dà)💃🏻如圖8所示(shi)。觀察圖7、8，可(kě)以直觀的(de)反應出夾(jia)角、流速與(yu)♉信号強度(dù)💋的關系變(biàn)化。通過對(duì)比這3張圖(tu)可以看出(chū)，信号強度(du)随着夾角(jiǎo)、流速的不(bú)同而不同(tong)。并從圖中(zhong)♻️得出結論(lun)：
1）渦街的信(xin)号強度與(yǔ)流速成正(zhèng)比，随着流(liú)速的增加(jia)，旋渦脫落(luo)頻率信号(hào)強度會顯(xiǎn)著增加。
2）在(zai)流速相同(tong)的情況下(xia)，随着夾角(jiao)的增大，信(xìn)号強度💃🏻逐(zhu)漸減小，并(bing)♻️随着夾角(jiǎo)的增大，信(xin)号強度的(de)衰減程度(dù)也逐漸增(zeng)大。夾角在(zài)1°～7°範圍，對信(xin)号強度的(de)衰減影響(xiang)不大，可忽(hu)略，超過7°以(yǐ)後對信号(hao)強度影響(xiǎng)變大，不可(kě)忽略3）在❗夾(jia)角相同✌️的(de)情況下，随(suí)着流速的(de)增大，信❄️号(hào)強度衰減(jian)趨勢越來(lái)越明顯。


5結(jié)論
　　流場仿(pang)真在渦街(jie)流量計的(de)設計和完(wán)善中正變(bian)得越來越(yuè)♍重要，它通(tōng)過理論支(zhi)持指導仿(páng)真的可實(shí)施性，并将(jiang)仿👌真結⭐論(lùn)用☂️于實驗(yàn)中，提高效(xiao)率。通過模(mó)拟三維渦(wō)街流場三(san)角柱繞流(liu)現🧑🏾‍🤝‍🧑🏼象，将升(shēng)、阻力頻率(lǜ)進行對比(bǐ)，驗證了可(ke)将FLUENT用于三(sān)維渦街流(liú)場的仿真(zhen)中。并從不(bú)同流速和(hé)不同截流(liu)夾角兩方(fāng)面分别考(kǎo)慮🈲，對比分(fèn)析了❄️三🔱維(wei)渦街信号(hào)的☀️信号強(qiang)度，得出🈚夾(jiá)角在1°～7°範圍(wéi)，對信号強(qiáng)度的影響(xiǎng)不大，超過(guo)了7°以後影(yǐng)響變大。從(cóng)而爲以後(hou)的實驗做(zuo)出理論指(zhǐ)♋導。進一步(bu)的研究可(ke)以🔴通過對(duì)不同形狀(zhuàng)的旋渦發(fā)生體取😘不(bu)同截流夾(jia)角和不同(tong)流速進行(hang)仿真對比(bǐ)研究。

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