1 引(yin)言
   随着計算機技(jì)術、數值計算技術(shù)的發展，現代模拟(nǐ)仿真🏃‍♂️技術計算流(liú)體力學（computational　fluid　dynamics，CFD）也随之而(er)生。它是對純理論(lun)和純實☀️驗方法很(hěn)好的促進和補充(chong)。CFD作爲一門新興學(xue)科，它力求通過數(shu)值實驗替代實物(wu)實驗，采用虛拟流(liú)場來模拟真實流(liu)場内部的流體流(liú)動情況🐕，從而使得(dé)實驗研究更加方(fang)便，研究場景更加(jiā)豐富可編程。
FLUENT軟件(jian)提供了多種基于(yu)非結構化網格的(de)複雜物理模型，并(bìng)針對不同物理問(wen)題的流動特點創(chuàng)建出不同的數值(zhí)解法。用戶💚可根🌈據(jù)實際需求自由選(xuǎn)擇，以便在計算速(su)度、穩定性和精度(dù)等方面達到最佳(jia)，提高設計效率。
  關(guān)于渦街流量計 的(de)發生體數值模拟(ni)研究，主要集中在(zài)渦街發生體形👉狀(zhuang)🈲和尺寸上。Yamasaki指出發(fa)生體的形狀與幾(ji)何參數和渦街流(liu)量計的流量特性(xing)（儀表系數、線性度(dù)、重複性、測量範圍(wéi)）與阻力特性存在(zai)相當大的關聯關(guan)系。S.C.Luo等人研究旋渦(wō)發生體尾緣形狀(zhuang)以及迎流角度對(duì)渦街性能的影響(xiang)，在風洞和水槽實(shi)驗中，得出在全長(zhǎng)相等的情況下，旋(xuan)渦強度随尾緣夾(jiá)角的增大而減小(xiao)。彭傑綱等人在50mm口(kǒu)徑管道氣流量實(shí)驗中，通過對🆚不同(tong)尾緣夾角角度的(de)旋渦發生體進行(hang)實驗研究，得出旋(xuan)渦發生體尾緣的(de)夾角爲41.8°時具有很(hen)好的線性度。賈雲(yún)飛等人通過對🐅二(èr)維渦街流場中的(de)壓力場進行數值(zhí)仿真研究，得出T形(xing)發生體産生的旋(xuan)渦🛀🏻信号的強度要(yào)優于三角柱發💰生(shēng)體。
    渦街流量計利(lì)用流體振動原理(li)進行流量測量。選(xuǎn)取了♻️應力👣式渦街(jiē)流量計進行研究(jiu)。它通過壓電檢測(cè)元件獲取電壓頻(pín)率，再👅根據流體流(liu)量與渦街頻率成(cheng)正㊙️比得出被測流(liú)量。在過去的渦🏃街(jiē)流量計研究中，一(yi)直将研究重💯點放(fang)在真實流場實驗(yàn)中，但這需要重複(fú)更換口徑、調節流(liu)量，大大降低了工(gong)作效率。爲解決此(cǐ)問題，采用三維渦(wō)街流場數值分析(xī)的方法對内部流(liu)場✍️的變化進行研(yan)究。
    通過FLUENT軟件對三(sān)維渦街流場進行(hang)數值仿真，并将不(bú)同流🚶‍♀️速下的升、阻(zǔ)力系數進行比較(jiao)，驗證數值仿真可(ke)行📐性。并通過改變(biàn)管截面與截流面(mian)之間的夾角，在低(dī)、中、高速流速下，進(jin)行取壓，最終得出(chu)随着夾角的不同(tóng)，信㊙️号強度不同。夾(jiá)角在1°～7°範圍，對信号(hào)強度的衰減影響(xiang)不大，超過7°以後㊙️對(duì)信号強度影響變(bian)大，并随着流速的(de)增加，趨勢越來越(yue)強。
2 升、阻力系數
    旋(xuán)渦脫落時，流體施(shī)加給柱體一個垂(chuí)直于主流的周期(qī)性交變作用力，稱(chēng)爲升力。由于柱體(tǐ)兩側交替的釋放(fang)旋♍渦時💔，剛釋放完(wan)渦流的一側柱面(mian)，擾流改👨‍❤️‍👨善，側面總(zong)壓力降低；将要釋(shì)放渦流的另一側(ce)柱面，擾流較差，側(cè)面總壓力較大，從(cong)而形成一個作用(yong)在三角柱上、方向(xiàng)總是指向剛釋放(fàng)完渦流那一側的(de)🍓作用力，所以升力(li)的交變頻率和旋(xuán)渦的脫落頻率一(yi)緻，升力的變化🙇🏻規(gui)律和旋渦的變化(huà)規律一緻，因而通(tōng)過監視柱面上的(de)升力變化規律，可(ke)以反映旋渦脫落(luo)規律。
    阻力系數反(fan)映的是柱體迎流(liu)方向上的作用力(lì)變化🔴情況🈲，每當⁉️柱(zhù)體兩側不管哪一(yi)邊的釋放旋渦一(yī)次，迎流方🚶向上的(de)作✌️用力都會随壓(yā)力變化有規律地(dì)變化🌂一次，因此，升(sheng)力系數變化的一(yi)個周期内，阻🎯力系(xi)數變化爲兩個💁周(zhou)期。
3 三維渦街流場(chǎng)模拟的可行性分(fen)析
3.1 幾何建模與網(wǎng)格劃分
圖1是在ANSYS　Workbench中(zhōng)建立的三維渦街(jiē)流量計幾何模型(xing)。其中管道口徑50mm，管(guan)道長1000mm，旋渦發生體(tǐ)截流面寬度14mm，管截(jie)面與截流面夾角(jiao)爲α。

對幾何(hé)模型進行非結構(gou)網格劃分，作爲數(shu)值模拟的🌈載體，如(rú)圖🔆2所示。

3.2 仿(pang)真參數設置
在FLUENT中(zhong)，三維渦街流場參(can)數設置如下：
1）流體(ti)：空氣（air）；
2）湍流模型：Renormalization－group（RNG）k－ε模(mo)型；
3）邊界條件
①流速(sù)入口邊界：根據需(xū)要設置不同流速(sù)、湍流動能和耗散(sàn)率；
②壓力出口邊界(jiè)：零壓；
4）求解器：基于(yú)壓力的三維雙精(jīng)度瞬态求解器；
5）數(shu)值計算過程：SIMPLE算法(fa)。
3.3 升、阻力變化頻率(lü)的計算結果及分(fen)析
圖3所示速度等(deng)值。三維渦街流場(chǎng)在夾角爲0°，入口流(liu)速爲5m/s的情👉況下的(de)速度等值線圖。

    通(tōng)過仿真模拟，圖4給(gei)出流速u＝5m/s時，作用在(zai)三角柱上的🔴升力(lì)系數和💘阻力系數(shù)變化曲線。由圖5升(sheng)力系數的FFT曲線可(ke)以💛看出其頻👌率爲(wèi)FL＝87.92Hz。從圖6阻力系數的(de)FFT曲線可以看出其(qi)頻率爲FD＝176.43Hz，約爲升力(li)系🛀數變化頻率的(de)2倍。

    爲了驗證将FLUENT用(yòng)于渦街流量計的(de)三維流場仿真的(de)可行性，對不同流(liu)速下的升、阻力頻(pín)率進行比較，如表(biao)1所示。可以看出阻(zu)❗力系數變化頻率(lü)是升力系數變化(hua)頻率的2倍，說明用(yong)FLUENT進行渦街流量計(jì)的三維仿真是可(kě)行♌的。

4 仿真結果
    基(ji)于上述通過升、阻(zǔ)力變化頻率的關(guān)系驗證出利🌈用FLUENT對(duì)三👉維🌏渦街流場進(jin)行仿真是可行的(de)。本節應用FLUENT對截流(liú)夾角、流速和信号(hào)強度之間的關系(xì)進行了仿真研究(jiū)。分别取7m/s、40m/s和70m/s的👨‍❤️‍👨流速(su)α的🐪角度在0°～10°範圍内(nèi)取值（發生體的安(ān)裝偏差一般不會(huì)超過10°），進行數值仿(páng)真。記錄信号強度(du)，如表2所示。

    将表2的(de)數據繪制成圖7，将(jiāng)圖7中流速爲7m/s的數(shu)據放大如圖🧡8所示(shì)。觀察圖7、8，可以直觀(guan)的反應出夾角、流(liu)速與信号強度的(de)關系變化。通過對(dui)比這3張圖可以看(kàn)出，信号強🚶‍♀️度随着(zhe)夾角、流⁉️速的不同(tóng)而不同。并從圖中(zhong)得出結論✏️：
1）渦街的(de)信号強度與流速(su)成正比，随着流速(sù)的增加，旋渦脫落(luò)♋頻率信号強度會(huì)顯著增加。
2）在流速(sù)相同的情況下，随(sui)着夾角的增大，信(xin)号強度🔅逐漸減小(xiǎo)，并随着夾角的增(zeng)大，信号強度的衰(shuai)減程度也逐漸增(zēng)大🈲。夾角在1°～7°範圍，對(dui)信号強度的衰減(jiǎn)影響不大，可忽略(lue)❓，超過7°以後對信号(hào)強度影響變大，不(bú)可忽略。
3）在夾角相(xiàng)同的情況下，随着(zhe)流速的增大，信号(hào)強度衰⭐減⭐趨勢🤟越(yue)來越明顯。

5 結論
    流(liú)場仿真在渦街流(liu)量計的設計和完(wan)善中正變得越來(lai)越🐇重要，它通過理(lǐ)論支持指導仿真(zhen)的可實施性，并将(jiāng)仿真結論用于實(shi)驗中，提高效率。通(tōng)過模拟三維渦街(jiē)流場🍓三角柱繞流(liú)現㊙️象，将升、阻力頻(pin)率進行對比，驗證(zheng)了可将FLUENT用于三維(wei)㊙️渦街流場的仿真(zhēn)中。并從不同流速(su)和不同截流夾角(jiǎo)兩方面分别考慮(lǜ)，對比分析了三維(wei)渦街信号的信号(hao)強度，得出夾角在(zài)1°～7°範圍，對信号強度(dù)的影響不大，超過(guò)了7°以後影響💃變大(da)。從而爲以後的實(shi)驗做出理論指☀️導(dǎo)💔。進一步的㊙️研究可(ke)以💋通過對不同形(xing)狀的旋渦發生體(ti)取不同截流夾角(jiao)和不同流速進行(hang)仿真對比研究。

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