摘要：對于(yu)渦街流量計(ji) 的旋渦發生(sheng)體的仿真研(yan)究主要集中(zhong)在形狀和尺(chǐ)寸上，但🐕在現(xiàn)場複雜工況(kuang)環境的情況(kuang)下，發生體的(de)位置并不是(shi)固定不變的(de)，會存在安裝(zhuāng)偏差。爲了很(hěn)好的分💁析發(fā)生體安裝偏(pian)差帶來的信(xìn)号強度發生(sheng)變化的問🔞題(ti)，确定不影響(xiang)信号強度的(de)最大偏差角(jiao)🚶度，采用三角(jiǎo)🐆柱型發生體(ti)，在Ansys+Workbench＋FLUENT數值仿真(zhen)軟件平台環(huán)境下，根據渦(wō)街流量計的(de)實際物理結(jié)構尺寸建立(lì)仿真模型，并(bìng)對其㊙️進行網(wǎng)格劃分、求解(jiě)，将仿真得到(dào)的升、阻力頻(pin)率相比較，得(dé)出阻力頻率(lü)正好是升力(li)頻率的2倍，表(biao)明可以利用(yòng)FLUENT軟件對渦街(jie)流量計進行(háng)三維流場數(shù)值仿真。最後(hou)利用FLUENT軟件，通(tōng)過✊改變管截(jie)🌂面與截流面(miàn)💜的夾角，在低(di)、中、高速流速(sù)下，對其進行(háng)🤞取壓，将得到(dao)的信号強度(dù)和頻譜分布(bù)進行比較分(fen)析，得出夾✏️角(jiǎo)與信号強度(du)的關系：夾角(jiao)在1°～7°範圍，對信(xin)号強度的影(yǐng)響不大，超過(guò)7°以後影響變(biàn)大。
1引言
　　随着(zhe)計算機技術(shu)、數值計算技(ji)術的發展，現(xian)代模拟㊙️仿真(zhen)技術計算流(liu)體力學（cmputational fluid dynamics,CFD）也随(suí)之而生［1］。它是(shì)對純理論和(he)純實驗方法(fǎ)很好的促進(jin)和補充。ＣＦＤ作爲(wèi)一門新興學(xué)科，它力求通(tōng)過數🔴值實驗(yan)替代實物實(shi)驗，采用虛拟(ni)流場來模拟(nǐ)真實流場内(nei)部的流體流(liú)動情況，從而(er)使得實🧡驗研(yán)究更加方便(biàn)，研究場景更(gèng)加豐富⛹🏻‍♀️可編(biān)程［2－5］。
　　FLUENT軟件提供(gong)了多種基于(yu)非結構化網(wang)格的複雜物(wù)理模型，并🈲針(zhen)對不同物理(lǐ)問題的流動(dong)特點創建出(chū)不同的數值(zhí)🐉解法［6］。用戶可(ke)根據實際需(xu)求自由選擇(ze)，以便在計算(suàn)速度、穩定性(xing)和精度💋等方(fāng)面達到好的(de)，提高設計效(xiao)率。
　　關于渦街(jiē)流量計的發(fa)生體數值模(mó)拟研究，主要(yào)集中在渦街(jiē)📐發生體形狀(zhuàng)和尺寸上［7－10］。Ｙａｍａｓａｋｉ指(zhi)出發生體的(de)形⭕狀與幾何(he)參數和渦🐆街(jie)流量計的流(liú)量特性（儀表(biao)系數、線性度(du)、重複性、測量(liàng)範圍）與🚶阻力(li)特性存在相(xiang)當大的關聯(lian)關系。Ｓ．Ｃ．Ｌｕｏ等人研(yán)究旋渦發生(shēng)體尾緣形狀(zhuang)以🌈及迎流角(jiao)度💁對渦街性(xing)能的影響，在(zai)風洞和水槽(cao)實🔴驗中，得出(chū)在全長相等(děng)的情況下，旋(xuan)渦強度随尾(wei)緣夾角的增(zēng)㊙️大而減小。彭(péng)傑綱等人在(zài)50mm口徑管道氣(qì)流量🐇實驗中(zhōng)，通過對不同(tong)尾緣夾角角(jiǎo)度💋的旋渦發(fa)生體進行實(shi)驗研究，得出(chū)旋渦發生體(ti)尾緣的夾角(jiao)爲41．8°時具有很(hen)好的線性度(du)。賈雲飛等人(ren)通過對二維(wei)渦街流場中(zhong)的壓力場進(jin)行數🎯值仿真(zhen)研究，得出Ｔ形(xing)發生體🏃産生(shēng)的旋渦信号(hào)的強度要優(yōu)于三角柱發(fā)生體。
　　渦街流(liú)量計利用流(liú)體振動原理(lǐ)進行流量測(ce)量［11］。選取了應(yīng)力⚽式㊙️渦街流(liu)量計進行研(yán)究。它通過壓(yā)電檢測元件(jiàn)獲取電🚶壓頻(pin)率，再根據流(liu)體流量與渦(wō)街頻率成正(zheng)比得出被測(ce)流⛹🏻‍♀️量。在過去(qù)的渦⚽街流量(liang)計研‼️究中，一(yi)直将研究重(zhòng)🔅點放在真實(shí)流場實驗中(zhōng)，但這需要重(zhong)複更換口徑(jìng)、調節流量，大(da)大降低了工(gong)作效率。爲解(jiě)決此✍️問㊙️題，采(cǎi)用三維渦街(jiē)流場數值分(fèn)析的方法對(duì)内部流場的(de)變化進行研(yán)究。
　　通過FLUENT軟件(jiàn)對三維渦街(jie)流場進行數(shu)值仿真，并将(jiāng)不🧑🏾‍🤝‍🧑🏼同流速下(xia)的升、阻力系(xì)數進行比較(jiào)，驗證數值仿(páng)真可行性。并(bìng)通過改變管(guǎn)截🧡面與截流(liu)面之間的夾(jia)角，在低、中、高(gao)速流速下，進(jìn)行取壓，最終(zhōng)得⛹🏻‍♀️出随着夾(jia)角的不同，信(xin)号強度不同(tong)。夾角在1°～7°範圍(wei)，對信号強度(dù)的衰減影響(xiǎng)不💰大，超過7°以(yi)後對信号強(qiang)度😍影響變大(da)，并随着流速(su)的🔞增加，趨勢(shi)越來越強。
2升(sheng)、阻力系數
　　旋(xuán)渦脫落時，流(liu)體施加給柱(zhu)體一個垂直(zhi)于主流的周(zhōu)期性交變作(zuò)用力，稱爲升(sheng)力［12］。由于柱體(tǐ)兩側交替🐪的(de)釋放旋渦時(shí)，剛釋放完渦(wō)流的一側柱(zhu)面，擾流改善(shan)，側面總壓力(lì)降低；将要釋(shi)放渦流的另(ling)一側柱面，擾(rao)流較差，側面(miàn)總壓力較大(da)，從而形成一(yi)♈個作用在三(san)角柱上、方📧向(xiang)總是指向剛(gāng)釋放完渦流(liú)那一側的作(zuo)用力，所以升(shēng)力的交變頻(pín)率和旋渦的(de)脫落頻率一(yī)緻，升力的變(biàn)化規律和旋(xuan)渦的變化規(guī)律一緻，因而(er)通過監視柱(zhù)面上的升力(lì)變化規律，可(ke)以反映旋渦(wō)脫落規律。阻(zu)力系數反映(ying)的是柱體迎(yíng)流方向上❌的(de)作用力變化(huà)情♍況，每當柱(zhù)體兩側不管(guan)💯哪一邊的👉釋(shi)放旋渦一次(cì)，迎流方向上(shang)的作用力都(dōu)會随壓力變(bian)化🔆有規律地(dì)變化一次，因(yīn)此，升力系數(shu)變化的一個(ge)周期内，阻力(lì)系數變化爲(wei)兩個周期。
3三(sān)維渦街流場(chang)模拟的可行(háng)性分析
3．1幾何(he)建模與網格(ge)劃分
　　圖1是在(zài)ANSYS Workbench中建立的三(san)維渦街流量(liàng)計幾何模型(xíng)。其中管道口(kǒu)徑50mm，管道長1000mm，旋(xuán)渦發生體截(jié)流面寬度14mm，管(guǎn)截面與截流(liú)面👈夾角爲α。

對幾何模(mo)型進行非結(jie)構網格劃分(fèn)，作爲數值模(mo)拟的載🈲體，如(rú)圖2所示。

3．2仿真參數設(shè)置
在FLUENT中，三維(wei)渦街流場參(cān)數設置如下(xia)：
1）流體：空氣（ａｉｒ）；
2）湍(tuan)流模型：Renormalization-group(RNG)ｋ－ε模型(xing)；
3）邊界條件
①流(liu)速入口邊界(jie)：根據需要設(she)置不同流速(su)、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(jī)于壓力的三(sān)維雙精度瞬(shùn)态求解器；
5）數(shù)值計算過程(cheng)：SIMPLE算法。
3．3升、阻力(li)變化頻率的(de)計算結果及(jí)分析
圖3所示(shì)速度等值。三(san)維渦街流場(chang)在夾角爲0°，入(ru)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(liú)速ｕ＝5m/s時，作用在(zài)三角柱上的(de)升㊙️力系數和(hé)阻力系數變(bian)化曲線。由圖(tú)5升力系數的(de)ＦＦＴ曲線可以看(kàn)出⛱️其頻率爲(wèi)ＦＬ＝87．92Ｈｚ。從圖6阻力系(xì)數的ＦＦＴ曲線可(ke)👌以看出其頻(pin)率爲ＦＤ＝176．43Ｈｚ，約爲✊升(sheng)力系數變化(huà)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(liu)場仿真的可(kě)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(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(zhēn)是可行的。

4仿(pang)真結果
　　基于(yú)上述通過升(shēng)、阻力變化頻(pín)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。應(yīng)用FLUENT對截流夾(jiá)🈚角、流速和信(xin)号強度之間(jian)的關系進行(háng)了仿真❤️研究(jiū)。分‼️别取7m/s、40m/s和✂️70m/s的(de)流速💔，α的角度(du)在0°～10°範圍⭕内取(qu)值（發生體的(de)安裝偏差一(yi)般不會超過(guo)10°），進行數值仿(pang)真。記錄信号(hào)強度，如表2所(suo)示。

　　将表2的數(shù)據繪制成圖(tú)7，将圖7中流速(sù)爲7m/s的數據放(fàng)大如圖8所示(shì)。觀察圖7、8，可以(yi)直觀的反應(ying)出夾角、流速(su)與信号強度(du)的關系變化(hua)。通過對比這(zhè)3張圖可以看(kan)出🔅，信号強度(du)随着夾角、流(liú)速的不同而(er)不同。并從圖(tú)中得出結論(lùn)：
1）渦街的信号(hao)強度與流速(su)成正比，随着(zhe)流速的增加(jia)，旋渦脫👉落頻(pín)率信号強度(dù)會顯著增加(jiā)。
2）在流速相同(tóng)的情況下，随(sui)着夾角的增(zeng)大，信号強度(dù)逐漸🔞減小，并(bing)随着夾角的(de)增大，信号強(qiáng)度的衰減程(chéng)🏃度也💛逐漸增(zeng)大。夾角在1°～7°範(fàn)👉圍，對信号強(qiang)度的衰減影(ying)響不大，可忽(hu)略，超過7°以後(hou)對信♊号強度(du)影響變大，不(bu)♌可忽略3）在🏃🏻‍♂️夾(jia)角相同的情(qíng)況下，随着流(liú)速的增大，信(xin)👣号強度衰減(jiǎn)趨勢越來越(yue)明顯。


5結論
　　流(liú)場仿真在渦(wō)街流量計的(de)設計和完善(shàn)中正變得越(yuè)來越⛹🏻‍♀️重要，它(ta)通過理論支(zhi)持指導仿真(zhen)的可實施♉性(xìng)，并将仿真結(jié)論用🐉于實驗(yan)中，提高效率(lü)。通過模拟⭐三(sān)維渦🤞街流場(chǎng)三角柱繞流(liu)現象，将升、阻(zǔ)力頻率進行(háng)對比，驗證了(le)可将FLUENT用于三(sān)維渦街流場(chǎng)的仿真中⛷️。并(bing)從不同流速(su)和不同截流(liú)夾角兩方面(miàn)分别考慮✏️，對(duì)比分析了三(san)維渦街信号(hào)的信号強度(du)，得出💞夾角在(zài)1°～7°範圍，對信号(hao)強度的影響(xiang)不大，超過了(le)7°以後影響變(bian)大。從而爲以(yǐ)後的實驗做(zuo)出理論指導(dao)。進一步的研(yán)究可以通過(guò)對不同形狀(zhuàng)的旋渦發生(sheng)體取不同💘截(jié)流夾角和不(bu)同流速進行(hang)仿真對比研(yán)究。

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