摘要(yao)：通常大(da)口徑管(guan)道的流(liu)體流速(su)較低,根(gen)據渦街(jie)流量計(ji) 原理,其(qi)産生的(de)渦街信(xin)号頻率(lü)和幅值(zhi)也很低(di)、傳統的(de)懸臂粱(liang)式渦街(jie)探頭在(zai)大口徑(jing)管道上(shang)應用時(shi),由于其(qi)🐉相對管(guan)道中軸(zhou)線的距(ju)離更遠(yuan),受管道(dao)振動的(de)影響更(geng)大,無法(fa)很好地(di)進行測(ce)量采用(yong)數值仿(pang)真軟件(jian)平台Ansys+Workbench+Fluent對(dui)大口徑(jing)渦街流(liu)量計 管(guan)道發生(sheng)體處的(de)流場特(te)性進行(hang)了分析(xi)根據分(fen)析得出(chu)的結論(lun)結合大(da)口徑管(guan)道發生(sheng)體的機(ji)械特性(xing),提出了(le)位于發(fa)生體處(chu)基于差(cha)壓原理(li)的旋渦(wo)頻率檢(jian)測方案(an)。
　　大口徑(jing)渦街流(liu)量計(指(zhi)管道直(zhi)徑超過(guo)300mm)主要用(yong)于工業(ye)🙇🏻管道中(zhong)天然氣(qi)、蒸汽、氮(dan)氣、氫氣(qi)、空氣等(deng)介質的(de)流🏃量計(ji)量。例如(ru)：“西㊙️氣東(dong)輸”、“俄氣(qi)南下”等(deng)工程中(zhong)需要用(yong)到大量(liang)的大口(kou)徑渦街(jie)流垣計(ji)進行流(liu)💯量計量(liang)。
　　國内外(wai)對于渦(wo)街流量(liang)計的研(yan)究主要(yao)集中在(zai)中小口(kou)㊙️徑,對于(yu)大🌈口徑(jing)渦街流(liu)量計的(de)研究很(hen)少。本課(ke)題的主(zhu)要來源(yuan)是作者(zhe)🆚所在💘的(de)課題組(zu)在現場(chang)調試傳(chuan)❌統懸臂(bi)式渦街(jie)流量計(ji)時發現(xian)當管道(dao)口徑超(chao)過250mm時,提(ti)取到的(de)🐆渦街信(xin)号波形(xing)嚴重🌂失(shi)真。對懸(xuan)臂式渦(wo)街探進(jin)行改進(jin),增加探(tan)頭的插(cha)入深度(du),又⭐極易(yi)引起共(gong)🌈振,帶來(lai)更大的(de)幹擾信(xin)号因此(ci),需要研(yan)究新的(de)旋渦頻(pin)率檢測(ce)方案。
1渦(wo)街流量(liang)計工作(zuo)原理
　　渦(wo)街流量(liang)計利用(yong)流體振(zhen)動原理(li)進行流(liu)量測量(liang),在特定(ding)的流動(dong)條件下(xia),流體一(yi)部分動(dong)能轉化(hua)爲振動(dong)🆚,其振動(dong)頻率與(yu)流速💜(流(liu)量)有确(que)定的比(bi)例關系(xi)。基本🚩原(yuan)理是_2]：在(zai)與被測(ce)介質流(liu)向垂直(zhi)的方向(xiang)放置一(yi)非流線(xian)型旋渦(wo)發生體(ti),當流體(ti)流過該(gai)旋渦發(fa)生體時(shi),在發生(sheng)體阻擋(dang)面後方(fang)兩側交(jiao)替地分(fen)🏃🏻離釋放(fang)出兩列(lie)規則的(de)交錯排(pai)列的旋(xuan)渦,稱爲(wei)馮·卡爾(er)曼渦街(jie),如圖1所(suo)示。

旋渦脫(tuo)落頻率(lü)f與發生(sheng)體兩側(ce)的平均(jun)流速V之(zhi)間存㊙️在(zai)如下關(guan)系式

　　式(shi)中,S爲斯(si)特勞哈(ha)爾系數(shu)；d爲發生(sheng)體迎流(liu)面的寬(kuan)度,單化(hua)爲m。斯特(te)勞哈爾(er)系數在(zai)很寬的(de)一段雷(lei)諾數範(fan)圍内可(ke)保持不(bu)變。因此(ci)測得頻(pin)率就能(neng)得到流(liu)速。
2大口(kou)徑管道(dao)渦街流(liu)場仿真(zhen)
　　ANSYSWorkbench仿真協(xie)同平台(tai)是通過(guo)對産品(pin)研發流(liu)程葉1仿(pang)真環境(jing)⚽的開發(fa)與實施(shi),搭建一(yi)個集成(cheng)多學科(ke)異構CAE技(ji)術的仿(pang)真系統(tong),使💔得整(zheng)個建模(mo)、仿真、分(fen)析、前後(hou)處理無(wu)縫鏈接(jie)。
　　FLUENT軟件運(yun)用CFD軟件(jian)群的思(si)想,具有(you)許多優(you)化的理(li)模型。同(tong)🔴時采用(yong)r多種求(qiu)解,『法和(he)多重『舣(yi)1絡加速(su)收斂技(ji)術,以此(ci)來達到(dao)最佳的(de)收斂精(jing)度FLUENT可以(yi)很舭的(de)州測到(dao)内部流(liu)場的變(bian)化,通過(guo)仿真結(jie)果來指(zhi)🏃🏻物理實(shi)驗、
2．1幾何(he)模型的(de)建與網(wang)格劃分(fen)
　　利用ANSYSWorkbench—Geometry和(he)ANSYSWork—bench—Mesh作爲FLUENT的(de)前處理(li)模塊,對(dui)所研究(jiu)的流場(chang)進行💔幾(ji)何㊙️建🔆模(mo)和網格(ge)劃分。在(zai)Geometry中建立(li)大口徑(jing)管道二(er)維幾何(he)模型,如(ru)圖2和圖(tu)3所示。

　　旋(xuan)渦産生(sheng)于發生(sheng)體處,故(gu)将發生(sheng)體處的(de)網格細(xi)化⭕,選用(yong)❄️三角形(xing)🏃🏻網格,大(da)小爲6mm。’爲(wei)節省計(ji)算資源(yuan)将前後(hou)兩部分(fen)的☂️網格(ge)設置爲(wei)四🥰邊形(xing)網格,大(da)小爲24mm。整(zheng)個網格(ge)劃分4所(suo)示。總網(wang)格數爲(wei)139194,網格質(zhi)量很好(hao)。

2．2FLUENT仿(pang)真參數(shu)的設
将(jiang)Mesh中劃分(fen)好的網(wang)格文件(jian)導入FLUENT,進(jin)行計算(suan)設置FLUENT的(de)仿真參(can)數如下(xia)：
1)求解器(qi)(solution)：基于壓(ya)力的二(er)維雙精(jing)度瞬态(tai)(Transient)求解器(qi)。
2)流體：空(kong)氣,密度(du)1．225kg/rn3,運動粘(zhan)度1．7894xl0-5m2/s。
3)邊界(jie)條件(Boundarycondition)：人(ren)口,流速(su)入口(veloci—ty—inlet),根(gen)據需要(yao)設置不(bu)同的流(liu)速；出口(kou),壓力出(chu)口(pres—sure—outlet),零壓(ya)。
4)非穩态(tai)計算時(shi)間步長(zhang)(timestepsize)：時間步(bu)長取決(jue)的網格(ge)大小ΔX與(yu)流速💋V。一(yi)般取時(shi)間步長(zhang)T=ΔX/V,根據波(bo)形再作(zuo)适當的(de)調整
5)湍(tuan)流模型(xing)：RNGK—?模型。
6)監(jian)測點：監(jian)測參數(shu)爲渦街(jie)靜态壓(ya)力(Ve~exAverageStaticPressure),具體(ti)位置如(ru)圖✌️5所示(shi)⚽。差💯壓傳(chuan)💯感器放(fang)置位置(zhi)爲将發(fa)生體的(de)三角形(xing)♊邊三等(deng)分。

2．3仿真(zhen)數據記(ji)錄
　　将氣(qi)體流速(su)分别設(she)置爲5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s。運(yun)行100步之(zhi)後,波形(xing)呈現周(zhou)💛期性🛀。空(kong)氣流量(liang)爲5m/s時渦(wo)街流場(chang)的靜壓(ya)、速度參(can)數的分(fen)布情況(kuang)如圖6所(suo)示⭐。對穩(wen)定後的(de)波形作(zuo)傅裏葉(ye)變換,如(ru)圖🌈7所示(shi)。

表(biao)1～表5依次(ci)爲氣體(ti)流速爲(wei)5m/S、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s時不同(tong)取壓位(wei)置的信(xin)号記錄(lu)。


2.4數據分(fen)析
　　從表(biao)1～表5中我(wo)們可以(yi)看出,當(dang)取壓位(wei)置位于(yu)發生體(ti)⭐後時,同(tong)一流㊙️速(su)下,壓力(li)最大的(de)點位于(yu)發生體(ti)後1.5d處🙇‍♀️,即(ji)P3處；當取(qu)壓位置(zhi)位☎️于發(fa)生體處(chu)時,同一(yi)流速下(xia),壓力變(bian)化不大(da),隻有PD3明(ming)顯🔞小于(yu)PD2和PD1。爲了(le)兼顧到(dao)渦街信(xin)号的穩(wen)定👄性,應(ying)盡量将(jiang)差壓傳(chuan)感器安(an)裝在離(li)發生體(ti)迎流遠(yuan)的位置(zhi),因此取(qu)PD2處。不同(tong)流速下(xia)P3和PD2處的(de)壓力對(dui)比,如圖(tu)8所示。

由(you)圖8中曲(qu)線可知(zhi),PD2處的壓(ya)力明顯(xian)大于P3處(chu),且其值(zhi)越爲4倍(bei)🏃關💞系。
3試(shi)驗結論(lun)
　　大口徑(jing)渦街信(xin)号發生(sheng)體的尺(chi)寸通常(chang)很大,所(suo)以其結(jie)構爲鋼(gang)闆拼接(jie)的中空(kong)結構。發(fa)生體的(de)沿管道(dao)方向的(de)長度較(jiao)長,足以(yi)保證渦(wo)街信号(hao)穩定形(xing)成。且由(you)上面仿(pang)💔真的結(jie)論可知(zhi)PD2處的渦(wo)街信号(hao)強度爲(wei)P3處的4倍(bei)左右。因(yin)此,本文(wen)提出了(le)如圖9所(suo)示的漩(xuan)渦頻率(lü)檢🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測裝(zhuang)置。

　　進一(yi)步的研(yan)究還需(xu)要制作(zuo)旋渦發(fa)生體實(shi)物,在實(shi)際的大(da)口徑管(guan)道上驗(yan)證方案(an)的可行(hang)性,測試(shi)其抗振(zhen)動性、重(zhong)複性等(deng)。

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