1 引言
   随着計(jì)算機技術、數(shu)值計算技術(shù)的發展，現代(dài)模拟仿真技(ji)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(chún)實驗方法很(hen)好的促進和(he)補充。CFD作爲一(yī)門新興學科(ke)，它力求通過(guò)數值實驗替(ti)代實♊物實驗(yan)，采用虛拟流(liu)場🛀🏻來模拟真(zhēn)實流場内部(bu)的流體流動(dòng)情況，從而使(shǐ)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(fēi)結構化網格(gé)的複雜物理(li)模型，并針對(duì)💚不同物理問(wen)題的流動特(te)點創建出不(bú)🎯同的數值解(jiě)法⭕。用戶可根(gēn)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(mian)達到最佳，提(ti)高設計效率(lü)。
  關于渦街流(liú)量計 的發生(shēng)體數值模拟(nǐ)研究，主要集(ji)中在渦街發(fā)生體形狀和(hé)尺寸上。Yamasaki指出(chu)發生體的形(xíng)狀與幾何參(cān)數和👨‍❤️‍👨渦街流(liú)量計的流量(liàng)特性（儀表系(xi)數、線性度、重(zhong)複性、測量範(fàn)圍）與阻力特(te)性👨‍❤️‍👨存在相當(dāng)大的關聯關(guān)系。S.C.Luo等人研究(jiū)旋渦發生體(ti)尾緣形狀以(yi)及迎流角度(dù)對渦🧡街性能(néng)的影響，在風(fēng)洞和水槽實(shí)驗中，得出在(zài)全長相等的(de)情況下，旋渦(wo)強度随尾緣(yuan)夾角的增大(dà)💔而減小。彭傑(jie)綱等人在50mm口(kou)徑管道氣流(liu)量實驗中，通(tōng)過對不🙇🏻同尾(wěi)緣夾角角度(du)🚶的旋渦發生(sheng)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(hao)的線性度。賈(jiǎ)雲飛等人通(tong)過對二維渦(wo)街流場中的(de)壓力場進行(hang)數值仿真研(yán)究，得🚶‍♀️出T形發(fā)生體産生的(de)旋渦信号的(de)強度要優于(yu)三角柱發💰生(sheng)體。
    渦街流量(liàng)計利用流體(ti)振動原理進(jìn)行流量測量(liang)。選取❄️了應力(lì)🍉式🤟渦街流量(liàng)計進行研究(jiu)。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(bǐ)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(dian)放在真實流(liú)場實驗中，但(dan)這🌈需要重複(fu)更換口徑、調(diao)節流量，大大(da)降低了工作(zuo)效✂️率。爲解決(jué)此✏️問題，采用(yòng)三維渦♍街流(liú)場數值分析(xī)的方法對内(nei)部流場的變(biàn)化進行研究(jiu)。
    通過FLUENT軟件對(dui)三維渦街流(liu)場進行數值(zhí)仿真，并将不(bú)同流速下🈲的(de)升、阻力系數(shu)進行比較，驗(yàn)證數值仿真(zhēn)可行性。并通(tong)過改變🔞管截(jié)面與截流面(mian)之間的夾角(jiǎo)，在低、中、高速(su)流速下，進🏒行(hang)取壓⛹🏻‍♀️，最終得(de)出随着夾角(jiǎo)的不同，信号(hao)強度不同。夾(jiá)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(hòu)對信号強度(dù)影響變大，并(bìng)🏃🏻‍♂️随着流速的(de)增✊加，趨勢越(yuè)來越🥵強。
2 升、阻(zǔ)力系數
    旋渦(wō)脫落時，流體(tǐ)施加給柱體(ti)一個垂直于(yú)主流的周期(qi)性交變作用(yong)力，稱爲升力(li)。由于柱體兩(liǎng)側交替的釋(shi)放旋渦時🛀🏻，剛(gāng)釋放完渦流(liu)的一側柱面(mian)，擾流改♍善，側(ce)面總壓力降(jiang)低；将要釋放(fang)渦流的另一(yī)側柱面，擾流(liu)較差，側面總(zǒng)壓力較大，從(cóng)而形成一個(ge)作用在三角(jiao)柱上、方向總(zǒng)是指向剛釋(shì)放完渦流那(na)一側的作用(yòng)力，所以升⭐力(lì)的交變頻率(lǜ)和旋渦的脫(tuō)落頻率一緻(zhi)，升力的變化(hua)規律和旋渦(wo)的變化規律(lǜ)一緻，因而通(tong)過監視柱面(miàn)上的升力變(bian)化規律，可以(yi)反映旋渦脫(tuō)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(qing)況🈲，每當柱體(ti)兩側不管哪(na)一邊的釋放(fàng)旋渦一次，迎(ying)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(ci)，升力🚶‍♀️系數變(bian)化的一♋個周(zhōu)期内，阻力系(xì)數變✌️化爲兩(liǎng)個周期。
3 三維(wei)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(hua)分
圖1是在ANSYS　Workbench中(zhōng)建立的三維(wei)渦街流量計(ji)幾何模型。其(qi)中管道🔴口徑(jìng)50mm，管道長1000mm，旋渦(wō)發生體截流(liu)面寬度14mm，管截(jie)面與截流面(mian)夾角爲α。

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

3.2 仿真參數設(she)置
在FLUENT中，三維(wéi)渦街流場參(can)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(xing)；
3）邊界條件
①流(liu)速入口邊界(jiè)：根據需要設(shè)置不同流速(su)、湍流動能和(he)耗散率👈；
②壓力(li)出口邊界：零(líng)壓；
4）求解器：基(jī)于壓力的三(sān)維雙精度瞬(shùn)态求解器；
5）數(shu)值計算過程(chéng)：SIMPLE算法。
3.3 升、阻力(li)變化頻率的(de)計算結果及(ji)分析
圖3所示(shi)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(tú)。

    通過仿真模(mo)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(he)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(kàn)出其頻率爲(wei)FL＝87.92Hz。從圖6阻力系(xi)數的FFT曲線可(kě)以看出‼️其頻(pin)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(yong)于渦街流量(liàng)計的三維流(liú)場仿真的可(ke)👌行💔性，對不同(tong)流速下的升(sheng)、阻力頻率進(jìn)行比較，如表(biao)1所示。可以看(kan)出阻力系數(shù)變化頻率是(shi)升力系數🔅變(bian)化頻率的2倍(bèi)，說明用FLUENT進行(hang)渦街流量💋計(ji)的三維仿真(zhēn)是可行的。

4 仿(páng)真結果
    基于(yu)上述通過升(shēng)、阻力變化頻(pin)率的關系驗(yàn)證出利用FLUENT對(dui)三維渦街流(liu)場進行仿真(zhen)是可行的。本(běn)節應用FLUENT對截(jie)流夾角、流☎️速(su)和🚩信号👈強度(dù)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(shēng)體的♉安裝偏(piān)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(biao)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(tú)㊙️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(hao)強度的關系(xi)變化。通過對(dui)比這3張圖可(kě)以看出，信号(hao)強度随着夾(jiá)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(yu)流速成正比(bi)，随着流速的(de)增加，旋渦🎯脫(tuo)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(jiǎo)的增大，信号(hào)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(zhu)漸🌈增大。夾角(jiao)在1°～7°範圍，對信(xin)号強度的衰(shuāi)減影響不大(dà)，可忽略，超過(guò)7°以後對信号(hao)強度影響變(biàn)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(yue)⛱️來越明顯。

5 結(jié)論
    流場仿真(zhēn)在渦街流量(liang)計的設計和(he)完善中正變(biàn)得越❄️來越重(zhong)🆚要，它通過理(li)論支持指導(dǎo)仿真的可實(shí)施性，并将仿(páng)真結論用于(yu)實驗中，提高(gāo)效率。通過模(mo)拟三維渦街(jie)流場三角柱(zhù)繞流現象，将(jiāng)升🔞、阻力頻率(lü)進🤩行對比，驗(yan)證了可将❌FLUENT用(yòng)于三維🔞渦街(jie)流場㊙️的仿真(zhen)中。并從不同(tong)流速和不同(tong)截♻️流夾角兩(liǎng)方⛱️面分别考(kǎo)慮，對比分析(xī)了三維渦街(jie)信号的信号(hào)強度，得出夾(jia)角🏒在1°～7°範圍，對(dui)信号強度的(de)影響不大，超(chao)🥰過了7°以後影(yǐng)響變💯大。從而(er)爲以後的實(shí)驗做出理論(lùn)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(bú)同⛹🏻‍♀️截流夾角(jiao)和不同流速(su)進🏒行仿真對(duì)比研究。

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