摘要:爲(wèi)了研究(jiu)渦街流(liú)量計 内(nei)部流場(chang)結構,通(tong)過GAMBI軟件(jian)的非結(jié)構化網(wang)格技術(shù)和⭐FLUENT軟件(jian)的RNGke模型(xíng)對渦街(jiē)流量計(ji)的流場(chǎng)進行了(le)三維數(shù)值模🤞拟(nǐ),描☁️繪了(le)渦街産(chan)生和脫(tuo)落過程(cheng),着重分(fèn)析了壁(bi)面壓力(lì)分布随(suí)渦街脫(tuō)落的演(yan)變情況(kuang)。結果表(biǎo)明🈲:渦街(jie)流場中(zhōng)靠近旋(xuan)渦發生(shēng)體的壁(bì)面靜壓(yā)有較明(míng)🔴顯的波(bō)動,在距(jù)離旋渦(wo)發㊙️生體(tǐ)一定範(fan)圍内,越(yue)靠近⛱️旋(xuán)渦發生(shēng)體🏃🏻‍♂️,靜壓(ya)幅度越(yue)大;而在(zài)對稱于(yu)管道軸(zhou)線的位(wei)置,壁面(miàn)靜壓🈲幅(fú)度相等(deng),相位相(xiang)反。該研(yan)究爲優(yōu)化✨渦街(jie)流量計(jì)的結構(gòu)設計和(hé)測量性(xing)能💰提供(gòng)了有🚩益(yi)的參考(kao)。
0引言
　　渦(wo)街流量(liàng)計是近(jìn)年發展(zhǎn)勢頭良(liang)好.優點(diǎn)突出的(de)一類新(xin)型流量(liàng)測量裝(zhuāng)置。它利(li)用在特(tè)定的流(liú)動條件(jian)下流體(tǐ)部分動(dong)能産生(shēng)流體振(zhèn)動,且振(zhèn)動頻率(lü)與流👄量(liàng)成正比(bǐ)這一⭕特(tè)征關系(xi)來進行(hang)工作🆚。隻(zhī)要采用(yong)合适的(de)檢測方(fang)法從與(yǔ)渦街脫(tuo)落相伴(bàn)的周⛱️期(qī)振動的(de)💛流速、壓(yā)力中提(ti)取出頻(pín)率,那麽(me),就可以(yi)得到管(guan)道内⭐被(bèi)測流體(tǐ)的流量(liàng)值川。渦(wō)街流量(liang)計的性(xing)能在🔱很(hen)大程度(du)上受到(dào)渦街流(liu)場結構(gou)及其内(nèi)🍓部參數(shù)的時空(kōng)分布的(de)影響。因(yīn)此,研💃🏻究(jiu)渦街流(liu)量計内(nèi)部🆚流動(dong)特性☀️對(duì)優化其(qí)👣測量性(xìng)能具有(yǒu)十分重(zhong)要的意(yì)義。
　　由于(yu)旋渦發(fā)生體的(de)阻流作(zuo)用,渦街(jiē)在管道(dào)内的流(liú)動㊙️是🤞強(qiáng)烈的非(fei)線性時(shí)變湍流(liú),難以解(jie)析地求(qiu)得流場(chǎng)分布情(qing)況,所以(yi),至🌐今人(rén)們對旋(xuán)渦發生(shēng)體後旋(xuan)渦❄️形成(chéng)和脫落(luo)過程的(de)認識幾(ji)乎🏃全部(bù)依賴于(yu)經驗和(hé)實驗。随(sui)着計算(suàn)機技術(shu)的飛速(su)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼發展,建(jiàn)立在經(jīng)典流🌈體(ti)力學與(yǔ)數值方(fang)法基礎(chu)上的計(ji)算流💋體(tǐ)動力學(xué)爲人們(men)研究複(fú)雜流動(dòng)問題提(ti)供了一(yi)種有效(xiào)的解決(jue)方法,通(tong)過計算(suan)機數值(zhi)計算方(fang)法和圖(tu)像顯示(shi)技術,可(kě)以得到(dao)在時間(jiān)和🔴空間(jian).上定量(liang)描述流(liu)場的數(shù)值解。
　　目(mù)前,人們(men)對渦街(jie)流場的(de)數值模(mo)拟逐漸(jian)從二維(wei)過渡到(dào)和渦方(fāng)法等。國(guo)内外研(yán)究人員(yuan)采用了(le)各種數(shu)值算法(fa)對不同(tóng)形狀旋(xuán)渦發生(sheng)體在不(bu)同雷諾(nuò)數下進(jin)行了模(mó)拟計算(suan)。總體.上(shang)說來,在(zài)雷諾數(shu)較小時(shí),數值模(mo)拟的㊙️結(jie)果與實(shi)👨‍❤️‍👨際情況(kuàng)符合較(jiao)好,但💛是(shi),在雷諾(nuò)數較大(da)時,各🔴種(zhǒng)因素對(dui)渦街的(de)影響十(shi)分複雜(zá),數值🈲模(mó)拟的結(jie)果還不(bu)盡如人(ren)意,許多(duō)問題還(hai)待于進(jin)一❗步深(shen)入研究(jiu)。
　　本文利(li)用先進(jin)的計算(suàn)流體力(lì)學軟件(jian)FUENT及其前(qián)處理軟(ruǎn)🐪件GAMBII對渦(wō)街流量(liang)計内壁(bì)面壓力(lì)分布進(jìn)行了數(shù)值模拟(nǐ),目的在(zài)于獲得(de)關于渦(wō)街流量(liàng)計内部(bu)流場的(de)定性或(huò)半定量(liang)的認識(shi),爲優化(hua)渦街流(liú)量計的(de)結構⭐設(shè)計和測(ce)量性能(néng)提🈚供有(you)益的✂️參(cān)考。
1計算(suàn)域和網(wang)格
　　在模(mo)拟過程(chéng)中,渦街(jie)流量計(ji)的計算(suàn)域簡化(hua)爲具有(you)圓形進(jìn)💰出口邊(bian)界的軸(zhóu)對稱三(sān)維幾何(he)模型,坐(zuò)标原點(diǎn)設在旋(xuán)👣渦發生(sheng)體迎流(liú)🛀🏻面的中(zhong)心,如圖(tu)1所示。管(guan)道😄内徑(jing)爲50mm,旋渦(wo)發生體(tǐ)爲梯形(xing)柱體,迎(ying)流面寬(kuān)度爲14mm.圖(tú)1給出了(le):=0截面(=軸(zhou)方向垂(chuí)直紙面(miàn)向外)管(guǎn)道和旋(xuan)渦發生(sheng)體的二(èr)維🔞計算(suàn)域及其(qi)網格的(de)示意圖(tú)。爲了真(zhen)實地模(mó)拟實際(jì)流動狀(zhuàng)況，利用(yòng)GAMBI軟件生(sheng)成了非(fei)結構化(hua)的三角(jiǎo)網格。由(you)于旋渦(wo)發生體(tǐ)附近流(liu)場變化(hua)劇烈,因(yīn)此,對其(qi)周圍的(de)網格進(jìn)行了局(jú)部加密(mì)處理。不(bu)同流速(su)的流動(dong)情況通(tong)過改變(bian)入㊙️口速(sù)度來模(mó)拟。各求(qiu)🚶解變量(liang)收斂殘(cán)差😍值設(she)置爲1x105。入(ru)口邊界(jiè)設🍉置爲(wèi)沿管道(dào)軸向均(jun1)勻速度(dù)入口,其(qi)他🏒方向(xiang)速度均(jun1)爲0。出口(kou)邊界設(shè)置爲壓(ya)力出口(kǒu),壓力🌏出(chū)口處的(de)表壓爲(wèi)0。管道和(hé)旋渦發(fa)生體均(jun1)設置爲(wèi)固體,并(bìng)且🔞,壁面(mian)處無滑(huá)移。
 
2控(kong)制方程(chéng)和計算(suàn)參數
　　與(yǔ)其他流(liu)動過程(cheng)相同,渦(wō)街流動(dòng)的數學(xué)模型也(ye)是建立(li)在💁質量(liàng)守恒定(ding)律.上的(de)連續方(fāng)程、動量(liang)守恒定(dìng)律上的(de)運動方(fāng)程和☁️熱(re)力學第(di)一定律(lǜ).上的本(ben)構方程(cheng)基礎上(shang)的。綜合(he)考慮⚽仿(pang)真精度(du)和計算(suàn)成本,采(cǎi)用RNGke兩方(fang)程模型(xing)。
　　雷諾平(píng)均NavierSlokes方程(cheng)組爲
 
　　式(shi)中μ爲流(liu)體動力(lì)粘度;μt爲(wèi)流體湍(tuan)動粘度(du);δtf爲Koneck符号(hào);k爲🐅湍流(liú)脈動動(dong)能。
 
　　式中(zhong)Gk爲湍流(liú)動能生(sheng)成項;Gb爲(wèi)湍流動(dong)能擴散(sàn)項;ε爲流(liú)體脈✌️動(dong)動能♍的(de)耗散率(lü);YAT爲湍流(liu)動能耗(hào)散項;αk,αs。分(fèn)别爲kε的(de)逆有效(xiao)‼️普朗特(tè)數;Sk,S爲自(zi)定義源(yuan)項。
有效(xiao)粘度公(gong)式爲
 
3結(jie)果分析(xī)
　　圖2給出(chū)了介質(zhì)爲水、入(rù)口速度(du)爲15m.s1時的(de)渦街流(liu)場中📱靜(jìng)壓和動(dong)壓♈的分(fèn)布情況(kuàng)。其他介(jie)質和入(ru)口速度(du)時🐆的計(jì)算結果(guo)相似。可(ke)以看出(chu):旋渦從(cong)渦街發(fa)生體兩(liǎng)側交替(tì)脫離形(xing)成渦街(jie),分離點(diǎn)在梯形(xíng)柱的銳(rui)邊上。流(liu)體流過(guo)旋渦發(fā)生體後(hòu),旋渦在(zài)向下遊(you)運動的(de)同時,旋(xuán)渦強度(dù)也逐漸(jiàn)由強變(bian)弱。相應(ying)的,靜壓(yā)和動壓(yā)也都是(shì)在旋🎯渦(wo)發生體(tǐ)附近較(jiào)強,在向(xiàng)下遊運(yùn)👄動的過(guò)程中強(qiang)度也逐(zhu)漸減弱(ruo)。顯然,旋(xuan)渦的周(zhou)期性變(bian)化使流(liu)場内各(ge)種參數(shù)都随之(zhi)發生交(jiao)替的波(bo)動,因此(ci)☔，通過檢(jian)測渦街(jiē)尾流中(zhōng)周期變(biàn)化的某(mǒu)一參數(shù)可以☁️獲(huo)取渦街(jiē)流動特(te)征。由于(yú)動壓的(de)檢測比(bǐ)❄️較困難(nan),需💁要将(jiang)測量件(jiàn)伸入管(guǎn)道内,因(yīn)此,不适(shi)宜作爲(wei)反映渦(wō)🏃街特性(xìng)的被測(ce)特征參(cān)數。而管(guan)壁處靜(jing)壓的測(ce)量相對(dui)來說要(yào)簡單容(rong)易得多(duo),取壓裝(zhuang)👈置垂♉直(zhi)于流動(dòng)方🔱向且(qie)位于管(guan)壁上,同(tóng)時其值(zhí)隻需采(cai)用普通(tōng)的動🔅态(tai)⚽壓力傳(chuan)感器即(jí)可測得(dé)。
 
　　爲了定(dìng)量比較(jiao)渦街流(liu)場空間(jiān)中不同(tong)位置處(chù)靜壓的(de)大小,圖(tu)3給出了(le)靜壓在(zài)計算域(yu)中平行(háng)流向的(de):=0,y=245mm和垂直(zhi)流向的(de):=0,x=25mm兩條直(zhí)線上的(de)計算結(jie)果。可以(yi)看到,渦(wō)🌏街流場(chǎng)中靠近(jin)旋渦發(fa)生體管(guǎn)🚶壁處的(de)靜壓有(you)較明顯(xian)的波動(dòng)❗,，沿流動(dòng)方向靜(jing)壓在0~50mm區(qu)間内波(bo)🏃🏻‍♂️動明顯(xiǎn)、幅度最(zui)大,即在(zai)距離旋(xuan)渦發生(sheng)體一定(ding)範圍内(nei),越靠近(jin)旋渦發(fa)生體,靜(jìng)壓幅度(dù)越大;而(er)💞在垂直(zhí)流動方(fang)向上👨‍❤️‍👨管(guan)道内壁(bi)處的靜(jing)壓也具(jù)有較大(dà)的幅度(du)。圖4給出(chū)了計算(suàn)域中:=0平(ping)面上一(yi)🌈對軸對(dui)稱管壁(bì)處監💔測(ce)點P1(10,245,0)和Pi(10,24.5,0)靜(jìng)💋壓的計(ji)算值。從(cong)圖中可(kě)💚以看出(chu):管壁處(chu)軸對稱(chēng)的2點🌏靜(jìng)壓波動(dong)的幅度(dù)和頻率(lü)🐕相等而(er)相位相(xiàng)反,因此(cǐ)，若在靠(kào)近旋渦(wō)發生體(tǐ)的軸對(dui)稱管壁(bi)上設置(zhì)兩個取(qǔ)👈壓點✊測(ce)量差壓(yā),則可構(gòu)成差動(dong)結構,獲(huo)得的信(xìn)号更📞強(qiáng)便于檢(jian)測,通過(guo)測得的(de)靜壓差(cha)可以檢(jian)測管内(nèi)渦街流(liu)動特性(xìng)。
 
4結束語(yu)
1)流體流(liu)過旋渦(wo)發生體(ti)後,旋渦(wō)在向下(xià)遊運動(dòng)的同時(shi)🆚，旋渦強(qiáng)度逐漸(jiàn)由強變(bian)弱,旋渦(wo)的周期(qi)性變化(hua)使流場(chǎng)内靜壓(yā)和動壓(yā)等各🌈種(zhǒng)參數都(dōu)随之發(fā)生交替(ti)的波動(dong)‼️;
2)渦街流(liú)量計中(zhong)靠近旋(xuan)渦發生(shēng)體的壁(bi)面靜壓(yā)有較明(míng)顯的波(bō)動,在距(ju)離旋渦(wo)發生體(tǐ).定範圍(wei)内,越靠(kào)近旋渦(wo)發生體(ti),壁面靜(jìng)壓幅度(du)越大,而(ér)在對稱(chēng)于管道(dào)軸線的(de)位置,壁(bi)面靜壓(yā)幅度相(xiàng)等而相(xiang)位相反(fǎn)。.
　　總之,渦(wō)街流量(liàng)計内壁(bi)面壓力(li)可以較(jiào)好地表(biao)征渦街(jiē)🐇脫落的(de)過程,通(tong)過采用(yòng)合适的(de)檢測和(he)信号處(chu)理方法(fa)🛀🏻可以使(shǐ)人.們從(cóng)多個角(jiǎo)度來提(ti)取渦街(jie)特性。并(bìng)💋且,關于(yu)渦街流(liu)🔴量計内(nei)部流場(chang)🌈的定性(xing)或半定(dìng)量的認(rèn)識将有(you)助于優(you)化渦街(jiē)流量💞計(ji)的結構(gòu)✔️設計及(jí)其測量(liang)性能。

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