摘(zhāi)要:爲了研究(jiū)渦街流量計(ji) 内部流場結(jie)構,通過GAMBI軟件(jian)的非結構化(huà)網格技術和(he)FLUENT軟件的📐RNGke模型(xíng)對渦街流量(liàng)計的流場進(jìn)行了三維數(shu)💚值模拟,描繪(huì)了渦街産生(sheng)🙇🏻和脫落過程(cheng),着重分析了(le)壁面壓力分(fèn)布随渦街脫(tuō)落的演變情(qíng)🔴況。結果表明(míng):渦街流場中(zhong)靠近旋✨渦發(fa)生體的壁面(miàn)靜❄️壓有較明(míng)✌️顯的波動,在(zai)👈距離旋渦發(fā)生體一定範(fàn)圍内,越靠近(jìn)旋渦發生體(tǐ),靜☎️壓幅度越(yuè)大;而在對稱(chēng)于管道♋軸線(xiàn)的位置,壁面(mian)靜壓幅度相(xiàng)等,相位相反(fǎn)。該研究爲優(yōu)化渦街流量(liàng)計的結構設(shè)計和測量性(xing)能❤️提供了有(yǒu)益的參考。
0引(yin)言
　　渦街流量(liàng)計是近年發(fa)展勢頭良好(hǎo).優點突出的(de)一類新型流(liú)量測量裝置(zhì)。它利用在特(te)定的流動條(tiáo)件🏃‍♂️下流體部(bu)♉分動能産生(shēng)流🔴體振動,且(qie)振動頻率與(yǔ)流量成正比(bǐ)這一特征關(guan)系來進行工(gōng)作。隻要采用(yòng)合适的檢測(cè)📱方法從與渦(wō)街脫落☁️相伴(ban)的周期振動(dòng)的流速、壓力(lì)中提取出頻(pin)率🏃🏻,那麽,就可(kě)以得到管道(dào)内被測流體(tǐ)的流量值川(chuān)。渦街流⭐量計(jì)的性能在很(hěn)大程度上受(shou)到渦街流場(chang)結構及其内(nei)🌈部參數的時(shí)空分布的影(ying)響。因此,研究(jiu)渦街流量計(ji)内部🈚流動特(te)性對優化其(qí)🏃🏻測量性能具(jù)有十分重要(yao)的意義。
　　由于(yu)旋渦發生體(ti)的阻流作用(yong),渦街在管道(dào)内的流動是(shì)強☂️烈❄️的非線(xian)性時變湍流(liu),難以解析地(di)求得流場分(fèn)布情況,所以(yi),至今人⚽們對(duì)旋渦發生體(tǐ)後旋渦形成(cheng)和脫落過⭕程(cheng)的認🐕識幾乎(hū)全部依賴于(yu)經驗和實驗(yan)。随着計算機(jī)技♌術的飛速(su)發展,建立在(zài)經典流體力(li)學與數值方(fāng)法基礎🤩上的(de)計算流體動(dong)力學爲🈲人們(men)研究複雜流(liu)動問題提供(gong)🥰了一種有效(xiao)的解決方法(fǎ),通過計算機(ji)數值計算方(fāng)法和圖像顯(xiǎn)示技術,可以(yi)得到在時間(jian)和空間.上定(dìng)量描述流場(chang)的數值解。
　　目(mu)前,人們對渦(wō)街流場的數(shù)值模拟逐漸(jiàn)從二維過🛀渡(du)到和渦方法(fǎ)等。國内外研(yán)究人員采用(yong)了各種數值(zhí)算法對不同(tóng)形狀旋渦發(fa)生體在不同(tong)雷諾數下進(jìn)行了模拟計(ji)♊算。總體.上說(shuo)來,在雷諾數(shù)較小時,數值(zhi)模拟的結果(guo)與實際情況(kuang)符❄️合較好,但(dan)是,在雷諾🌈數(shù)較大時,各種(zhǒng)因素對渦街(jie)的影響十分(fen)複雜,數值🔴模(mo)拟的結果還(hái)💋不盡如人意(yi),許🙇‍♀️多問題還(hái)待于🤞進一步(bu)深入研究。
　　本(ben)文利用先進(jìn)的計算流體(tǐ)力學軟件FUENT及(jí)其前處理軟(ruan)件GAMBII對渦街🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liu)量計内壁面(miàn)壓力分布進(jìn)行了數值模(mó)拟,目的在于(yú)獲得關于渦(wō)街流量計内(nei)部流場的定(ding)性或🙇‍♀️半定量(liàng)🧡的認識,爲優(yōu)化渦街流量(liang)計的結構設(she)計和測量性(xìng)能提供有益(yi)的參考。
1計算(suàn)域和網格
　　在(zài)模拟過程中(zhong),渦街流量計(jì)的計算域簡(jiǎn)化爲具有圓(yuan)形進🆚出口邊(biān)界的軸對稱(cheng)三維幾何模(mo)型,坐标原⭕點(diǎn)設在旋渦發(fa)生體迎流面(mian)的中心,如圖(tú)1所示。管道内(nei)徑爲50mm,旋渦發(fā)生體爲梯形(xíng)柱體,迎流面(mian)寬度爲14mm.圖⛱️1給(gěi)出了:=0截🔅面(=軸(zhóu)方向垂直紙(zhǐ)面向外)管道(dao)和旋渦發⛹🏻‍♀️生(sheng)體的二維計(jì)算域及其網(wang)格的示意💘圖(tú)。爲了真實地(dì)模拟實際流(liu)動狀況，利用(yong)GAMBI軟件生成了(le)非結構化的(de)三角網格。由(you)于旋渦發生(shēng)體附近流場(chǎng)變化劇烈,因(yīn)此,對其周圍(wéi)的網格進行(háng)了局部加密(mi)處理。不同📞流(liú)速的流動情(qíng)況通過改變(biàn)入口速度來(lai)模拟。各求☁️解(jiě)變量收斂殘(can)差值設置爲(wei)1x105。入口邊界設(shè)🏃‍♂️置爲沿管道(dào)軸向均勻👨‍❤️‍👨速(sù)度入口,其他(tā)方向速度均(jun)爲0。出口邊🌂界(jiè)設置爲壓力(li)出口,壓力💋出(chū)口處的表壓(yā)爲0。管道和旋(xuán)渦發生體均(jun1)設置爲固體(ti),并且,壁面處(chù)無滑移。
 
2控(kòng)制方程和計(jì)算參數
　　與其(qi)他流動過程(chéng)相同,渦街流(liú)動的數學模(mó)型也是建立(li)在質量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻守恒(héng)定律.上的連(lián)續方程、動量(liang)守恒定律上(shàng)🌈的運動方程(chéng)和熱力學第(dì)一定律.上的(de)本構方程基(ji)礎上的。綜😍合(hé)考慮仿真精(jīng)❤️度和計算成(cheng)本,采用RNGke兩方(fāng)程模型。
　　雷諾(nuo)平均NavierSlokes方程組(zǔ)爲
 
　　式中μ爲流(liu)體動力粘度(dù);μt爲流體湍動(dòng)粘度;δtf爲Koneck符号(hào);k爲湍流脈動(dong)動能。
 
　　式中Gk爲(wei)湍流動能生(sheng)成項;Gb爲湍流(liu)動能擴散項(xiàng);ε爲流體脈動(dong)動😍能的耗散(san)率;YAT爲湍流動(dòng)能耗散項;αk,αs。分(fen)别爲kε的逆有(yǒu)效普朗特數(shu);Sk,S爲自定義源(yuan)項。
有效粘度(du)公式爲
 
3結果(guo)分析
　　圖2給出(chu)了介質爲水(shuǐ)、入口速度爲(wèi)15m.s1時的渦街流(liú)場中靜壓和(he)動壓🔆的分布(bù)情況。其他介(jie)質和入口速(su)度時🚶‍♀️的計🏃‍♀️算(suan)結❓果相似。可(ke)⛹🏻‍♀️以看出:旋渦(wō)從渦街發生(shēng)體兩☁️側交替(tì)脫離形成渦(wo)街,分離點在(zai)梯形‼️柱的銳(ruì)邊上。流體流(liú)過旋渦發生(shēng)體後,旋渦在(zài)向下遊運動(dong)的同時,旋渦(wō)強度也逐漸(jiàn)由強變弱。相(xiàng)應的,靜壓和(hé)動壓💁也都是(shì)在旋渦發生(sheng)體附近較☔強(qiang),在向下遊運(yun)動的❄️過程中(zhong)強度也逐♊漸(jian)減弱。顯然,旋(xuan)渦的周期性(xing)變化使流場(chǎng)内各種參數(shù)都随之發生(sheng)交替💜的波動(dong),因此，通過檢(jian)測渦街尾流(liu)中周期變化(hua)的某一參數(shu)🔞可以獲取渦(wo)街流動特征(zheng)。由于動壓的(de)檢測比較困(kun)難,需要将測(cè)量件伸入管(guǎn)道内🧡,因🔞此,不(bu)适宜作爲反(fǎn)映渦❤️街特性(xing)的被測特征(zheng)參數。而管壁(bi)處靜壓的測(cè)量相對來說(shuō)要簡單容易(yi)得多,取壓裝(zhuāng)置垂直于流(liu)動方向且位(wèi)于管壁♈上,同(tong)時其值隻需(xu)采用普通的(de)動态㊙️壓力傳(chuan)感器即可測(cè)🙇🏻得。
 
　　爲了定量(liàng)比較渦街流(liú)場空間中不(bu)同位置處靜(jing)壓的大小💃,圖(tú)3給🤟出了靜壓(ya)在計算域中(zhong)平行流向的(de):=0,y=245mm和垂直流向(xiàng)的:=0,x=25mm兩條直線(xian)上的計算結(jie)果。可以看到(dào),渦街流場中(zhong)靠近旋渦發(fa)生體管壁處(chù)的靜壓有較(jiào)明❌顯的波動(dòng),，沿流動方向(xiàng)靜壓在0~50mm區間(jian)内波動明顯(xian)、幅🌐度最大,即(jí)在距離旋渦(wo)發🏃🏻生體一定(dìng)範圍内,越靠(kào)近旋渦發生(sheng)體👄,靜壓幅度(du)越大;而在垂(chui)直流動方向(xiàng)上⭐管道内壁(bì)處的靜🤩壓也(yě)具😍有較大的(de)幅度。圖4給出(chū)了計算域中(zhōng):=0平面上一對(dui)軸對稱管壁(bi)處監🔞測點P1(10,245,0)和(he)Pi(10,24.5,0)靜💃🏻壓的計算(suàn)值。從圖中可(kě)以看出:管壁(bi)處軸對稱的(de)2點靜壓波動(dòng)的幅度和頻(pín)率✌️相等而相(xiang)位相反,因此(cǐ)，若👈在靠近旋(xuán)渦發生體的(de)軸對稱管壁(bì)上設置兩個(ge)取⭕壓點㊙️測量(liang)差壓,則可構(gou)成差動結構(gòu),獲得的信号(hao)更強便于檢(jian)測,通過測得(dé)的靜壓差可(ke)以檢測管内(nei)渦街流動特(tè)性。
 
4結束語
1)流(liu)體流過旋渦(wo)發生體後,旋(xuán)渦在向下遊(yóu)運動的同時(shí)，旋渦強度🌍逐(zhu)漸由強變弱(ruo),旋渦的周期(qī)性變化使流(liú)場内靜壓和(hé)動壓等各種(zhǒng)參數都随之(zhi)發生交替💚的(de)波動;
2)渦街流(liu)量計中靠近(jin)旋渦發生體(tǐ)的壁面靜壓(ya)有較明顯♋的(de)波動,在距離(lí)旋渦發生體(ti).定範圍内,越(yue)靠近🈲旋渦🏃‍♂️發(fa)生體,壁面靜(jìng)壓幅度越大(da),而在對稱于(yú)管道軸線的(de)位置,壁面靜(jìng)壓幅度相等(děng)而相位相反(fǎn)。.
　　總之,渦街流(liú)量計内壁面(mian)壓力可以較(jiào)好地表征渦(wo)街🈲脫落的過(guò)程,通過采用(yong)合适的檢測(ce)和信号處理(lǐ)方法可以使(shi)人.們從多個(ge)角度來提取(qǔ)渦街特性。并(bing)且,關于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻渦街(jiē)流量計内♋部(bu)流場💛的定性(xing)或半定量的(de)認識将有助(zhu)于優化渦街(jiē)流量計的結(jie)構設計及其(qi)測量性能。

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