摘要:爲(wei)了研究(jiu)渦街流(liú)量計 内(nèi)部流場(chǎng)結構,通(tong)過GAMBI軟件(jian)的非結(jie)構化網(wang)格技術(shu)和FLUENT軟件(jiàn)的RNGke模型(xíng)對渦街(jie)流量計(ji)的流場(chang)進行了(le)三維數(shù)值模拟(ni),描繪了(le)渦街産(chan)生和脫(tuo)落過程(chéng),着重分(fen)析了壁(bi)面壓力(li)分布🌈随(sui)渦街脫(tuō)落的演(yan)變情🛀況(kuàng)。結果表(biǎo)明:渦街(jiē)流場中(zhong)靠近旋(xuan)☂️渦發生(shēng)體的壁(bì)面靜壓(ya)有較明(míng)🔞顯的波(bō)動,在距(jù)離旋渦(wo)發🏃‍♀️生體(ti)一定範(fàn)圍内,越(yue)靠近旋(xuán)渦發生(shēng)體,靜壓(ya)幅度越(yue)大;而⭐在(zai)對稱于(yu)管道軸(zhou)線的位(wèi)置,壁面(mian)靜壓幅(fú)度相等(deng),相位相(xiang)反。該研(yán)究爲優(yōu)化渦街(jiē)流量計(jì)的結構(gòu)設計和(hé)測量性(xìng)⭕能提供(gòng)了有益(yì)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(liang)測量裝(zhuāng)置。它利(li)用在特(te)定的流(liú)動條件(jian)下流體(tǐ)部分動(dong)能産生(shēng)流體振(zhen)動,且振(zhen)動頻率(lü)與流量(liang)成正比(bi)這一👨‍❤️‍👨特(tè)征關系(xi)來進行(hang)工作🔱。隻(zhi)要采用(yòng)合适的(de)檢測方(fang)法從與(yǔ)🏃渦街脫(tuō)落相伴(bàn)的周期(qī)振動的(de)🔞流速、壓(yā)力中💯提(ti)取出頻(pin)率🔅,那麽(me),就可以(yi)得到管(guan)道内被(bei)測流體(tǐ)的流量(liang)值川。渦(wo)街流量(liàng)計的性(xìng)能在很(hen)大🎯程度(dù)上受🔅到(dao)渦街流(liu)場結🌂構(gòu)及其内(nèi)部參數(shu)的時空(kōng)分布的(de)影響。因(yin)此,研💁究(jiū)渦街流(liú)量計内(nèi)部流動(dòng)特性對(duì)優化其(qi)測量性(xìng)能具㊙️有(yǒu)十分重(zhòng)要的意(yi)義。
　　由于(yú)旋渦發(fā)生體的(de)阻流作(zuò)用,渦街(jie)在管道(dào)内的流(liu)動是強(qiang)烈的非(fei)線性時(shi)變湍流(liu),難以解(jie)析地求(qiú)得流場(chǎng)分布情(qíng)況,所以(yi),至今人(rén)們對旋(xuán)渦發生(sheng)體後旋(xuán)渦💔形成(cheng)和脫落(luò)過程的(de)認識幾(jǐ)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(jian)立在經(jing)典流體(tǐ)力學與(yu)數☂️值方(fang)法基礎(chu)上的計(ji)算流體(ti)動力學(xué)爲🈲人們(men)研究複(fu)雜🍉流動(dong)問題提(ti)供了一(yi)種有效(xiao)的🐅解決(jue)方法,通(tōng)過計算(suàn)機數值(zhí)計🌐算方(fang)法和圖(tu)像顯示(shi)技術,可(kě)以得到(dào)在時間(jian)和空間(jiān).上定量(liàng)描述流(liú)場的數(shù)值♊解。
　　目(mù)前,人們(men)對渦街(jiē)流場的(de)數值模(mo)拟逐漸(jian)從二維(wéi)過🤞渡到(dào)和渦方(fāng)法等。國(guo)内外研(yan)究人員(yuán)采用了(le)各種數(shu)值算法(fǎ)對不同(tóng)🔞形狀旋(xuan)渦發生(sheng)體在不(bu)同雷諾(nuo)數下進(jin)行了模(mo)拟計算(suàn)。總體⁉️.上(shàng)說來,在(zài)雷諾數(shù)較小時(shi),數值模(mó)拟的結(jié)果與實(shí)際情況(kuang)符合較(jiào)好,但是(shì),在雷諾(nuò)✔️數較大(da)時,各種(zhǒng)因素對(duì)渦❗街的(de)影響十(shí)分複雜(zá),數值♻️模(mó)拟的結(jié)果❤️還不(bu)盡如人(ren)意,許多(duo)問題還(hái)待于♋進(jin)一步深(shēn)入研🌈究(jiu)。
　　本文利(li)用先進(jin)的計算(suan)流體力(lì)學軟件(jian)FUENT及其前(qian)處理軟(ruǎn)件📧GAMBII對渦(wo)♊街流量(liang)計内壁(bì)面壓力(lì)分布進(jin)行了數(shu)值模拟(ni),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(huo)半定量(liang)的認識(shi),爲優化(huà)渦街流(liu)量計的(de)結構🛀設(shè)計和測(ce)量性能(néng)提😘供有(yǒu)益的參(cān)考。
1計算(suan)域和網(wǎng)格
　　在模(mó)拟過程(cheng)中,渦街(jiē)流量計(jì)的計算(suàn)域簡化(hua)爲具有(you)❓圓形進(jìn)💰出口✨邊(biān)界的軸(zhóu)對稱三(sān)維幾何(hé)模型,坐(zuò)标原點(diǎn)設在旋(xuan)渦發🌂生(shēng)體迎流(liú)面的中(zhong)心,如圖(tu)1所示。管(guǎn)道内徑(jìng)爲50mm,旋渦(wō)發生體(ti)爲梯形(xing)柱體,迎(yíng)流面寬(kuān)度爲14mm.圖(tu)1給出了(le):=0截面(=軸(zhóu)方向垂(chuí)直紙面(miàn)✌️向外)管(guan)道📞和旋(xuán)渦發生(shēng)體的二(èr)維計算(suàn)域及其(qi)網格的(de)示意圖(tú)。爲了真(zhēn)實地模(mó)拟實際(jì)流動狀(zhuàng)況，利用(yong)GAMBI軟👉件生(sheng)成了非(fēi)結構化(hua)的三角(jiao)網格。由(yóu)于旋渦(wo)發生體(tǐ)附近流(liú)場變化(hua)劇烈,因(yīn)此,對其(qi)周圍的(de)網🈲格進(jìn)行了局(ju)部加密(mì)處理。不(bú)同流速(su)的流動(dong)情況通(tōng)過改變(biàn)入♊口速(sù)度來模(mo)拟。各求(qiu)🚩解變量(liàng)收斂殘(can)差值設(shè)置爲1x105。入(rù)口邊界(jie)設置爲(wei)沿管道(dào)軸向均(jun)勻速度(du)入口,其(qí)他方向(xiang)速度均(jun)爲0。出口(kǒu)邊界設(she)置爲壓(ya)力出口(kǒu),壓力出(chu)口處的(de)表壓爲(wei)0。管道和(he)旋渦發(fā)生⭐體均(jun1)設置爲(wei)固體,并(bìng)且,壁面(mian)處無滑(hua)移。
 
2控(kong)制方程(cheng)和計算(suan)參數
　　與(yǔ)其他流(liú)動過程(cheng)相同,渦(wō)街流動(dong)的數學(xué)模型也(yě)是建立(li)在💰質🙇🏻量(liang)❓守恒定(ding)律.上的(de)連續方(fāng)程、動量(liàng)守恒定(ding)律上的(de)運動方(fang)♻️程和熱(re)力學第(di)一定律(lǜ).上的本(ben)構方程(cheng)基礎上(shàng)的。綜合(he)考慮仿(pang)真精度(dù)和計算(suan)成本,采(cai)用💋RNGke兩方(fang)程模型(xíng)。
　　雷諾平(ping)均NavierSlokes方程(chéng)組爲
 
　　式(shi)中μ爲流(liú)體動力(lì)粘度;μt爲(wei)流體湍(tuan)動粘度(du);δtf爲Koneck符号(hào);k爲湍流(liú)脈動動(dòng)能。
 
　　式中(zhong)Gk爲湍流(liú)動能生(sheng)成項;Gb爲(wèi)湍流動(dòng)能擴散(sàn)項;ε爲流(liu)🛀🏻體脈動(dòng)動🍓能的(de)耗散率(lü);YAT爲湍流(liú)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(zì)定義源(yuán)項。
有效(xiao)粘度公(gōng)式爲
 
3結(jie)果分析(xi)
　　圖2給出(chū)了介質(zhì)爲水、入(ru)口速度(du)爲15m.s1時的(de)渦街流(liu)場中🔞靜(jing)🈲壓和動(dòng)壓的分(fèn)布情況(kuang)。其他介(jie)質和入(ru)口速度(dù)時的計(jì)算結果(guǒ)相似。可(kě)以看出(chū):旋渦從(cóng)渦街發(fa)生體兩(liang)側交替(ti)脫離形(xing)成渦街(jie)😄,分離點(dian)💋在梯形(xing)柱的銳(rui)邊上。流(liu)體流過(guò)旋渦發(fa)生體後(hòu),旋渦在(zài)向下遊(you)運動的(de)同時,旋(xuán)渦強度(du)也逐漸(jiàn)由強🧡變(biàn)弱。相應(yīng)的,靜壓(yā)和動壓(yā)👅也都是(shì)在旋渦(wo)♈發生體(ti)附近較(jiao)強,在向(xiàng)下遊運(yùn)動的㊙️過(guo)程中強(qiang)度也逐(zhú)漸減弱(ruo)。顯然,旋(xuán)渦🤩的周(zhou)期性變(biàn)化使流(liú)場内各(ge)種參數(shù)🚩都随之(zhi)發生交(jiāo)替的☂️波(bō)動,因此(ci)，通過檢(jiǎn)測渦街(jiē)尾流中(zhong)周期變(biàn)化的某(mou)一參數(shù)可以獲(huò)取渦街(jiē)流動特(te)征。由于(yu)👅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(yin)此,不适(shi)宜作爲(wei)反映渦(wō)街特性(xìng)的被測(ce)特征參(can)數。而管(guǎn)壁處靜(jìng)壓的測(cè)量相對(dui)來說要(yào)簡單容(róng)易得多(duō),取壓裝(zhuāng)😘置垂🥵直(zhí)于流動(dong)方向且(qiě)位于管(guǎn)壁上,同(tong)時其值(zhí)隻需采(cai)用普通(tōng)的動态(tài)壓力傳(chuán)感器即(jí)可測得(de)。
 
　　爲了定(dìng)量比較(jiào)渦街流(liu)場空間(jian)中不同(tóng)位置處(chu)靜壓☁️的(de)大小,圖(tú)3給出了(le)靜壓在(zai)計算域(yù)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(jié)果。可以(yi)看到,渦(wō)街流場(chang)中靠近(jìn)♻️旋渦發(fā)生體管(guǎn)壁處的(de)靜壓有(yǒu)較明顯(xian)的波動(dong),，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(zài)距離旋(xuan)渦發生(sheng)體一定(ding)範圍内(nei),越靠近(jìn)🤟旋渦發(fā)生體,靜(jing)壓幅度(du)越大;而(er)在垂直(zhí)流動方(fāng)💯向上管(guǎn)道内壁(bì)⛹🏻‍♀️處的靜(jing)壓也具(jù)🌂有較大(da)的幅度(dù)。圖4給出(chu)了計算(suàn)域中:=0平(ping)面上一(yī)對軸對(duì)稱管壁(bi)處監測(cè)點P1(10,245,0)和Pi(10,24.5,0)靜(jing)壓的計(ji)算值。從(cóng)圖中可(kě)以看出(chū):管壁處(chù)軸對稱(chēng)的2點♋靜(jing)壓波動(dòng)的幅度(dù)和頻率(lü)📐相等而(ér)相位相(xiang)反,因此(ci)，若在靠(kao)近旋渦(wo)🔞發生體(tǐ)的軸對(dui)稱管壁(bì)上設置(zhi)兩個取(qu)壓點測(ce)量差壓(yā),則可構(gou)成差動(dòng)結構,獲(huo)得的信(xìn)号更❤️強(qiang)便于檢(jiǎn)測,通過(guò)測得的(de)靜壓差(cha)可以檢(jian)測管内(nei)渦街流(liú)動特性(xing)。
 
4結束語(yu)
1)流體流(liú)過旋渦(wō)發生體(ti)後,旋渦(wō)在向下(xia)遊運動(dòng)的同時(shi)，旋渦強(qiang)度逐漸(jiàn)由強變(biàn)弱,旋渦(wō)的周期(qī)性變化(hua)使流場(chǎng)内靜壓(ya)和動壓(yā)🌂等各種(zhǒng)參數都(dōu)随之發(fā)生交替(tì)的波動(dòng);
2)渦街流(liu)量計中(zhōng)靠近旋(xuan)渦發生(sheng)體的壁(bi)面靜壓(yā)有較明(míng)顯的💛波(bo)動,在距(ju)離旋渦(wō)發生體(ti).定範圍(wei)内,越靠(kào)近旋渦(wo)發生體(ti),壁面靜(jing)壓幅度(dù)越大,而(ér)在對稱(cheng)于管道(dào)軸線的(de)位置,壁(bì)面靜壓(yā)幅度相(xiàng)等而相(xiàng)位相反(fǎn)。.
　　總之,渦(wo)街流量(liàng)計内壁(bì)面壓力(lì)可以較(jiào)好地表(biao)征渦街(jiē)🈲脫💁落👈的(de)🔴過程,通(tōng)過采用(yòng)合适的(de)檢測和(hé)信号處(chù)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(bing)且,關于(yú)渦街流(liú)量計内(nèi)🐆部流場(chǎng)的定性(xing)或半定(ding)量的❗認(rèn)識将有(you)助于優(yōu)化渦街(jiē)流量計(jì)的結構(gòu)設計及(jí)其測量(liàng)性能。

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