摘要:基于(yu)渦街理論,分(fèn)别對圓形阻(zǔ)流體、正方形(xing)阻流體♊和三(sān)💋角形阻流體(ti)所形成的渦(wō)街場進行仿(páng)真📱研究,同時(shi)對三種阻流(liú)體對應的渦(wo)街流量計 進(jìn)行數值仿真(zhēn),分析流量計(ji)中應變片對(duì)三種阻流體(tǐ)流場壓力和(he)速度的影響(xiang).結果表明，應(ying)變片改變了(le)流場振蕩的(de)頻率,三角形(xíng)渦街流量計(jì)的壓力損失(shi)最小.
0引言
　　渦(wō)街是在一定(dìng)條件下的定(ding)常流繞過阻(zǔ)流體時,物體(ti)兩側周期💔性(xing)地脫落出旋(xuan)轉方向相反(fan)、排列規則的(de)雙列線渦.渦(wō)流的産生使(shi)得阻流體兩(liang)側流體的瞬(shùn)間速度和壓(yā)🍓力不同，因此(cǐ)使阻流體💔發(fa)生振動.渦👈街(jiē)流量計🔞通過(guo)嵌人到流體(tǐ)中的漩渦發(fa)生體得到🧑🏽‍🤝‍🧑🏻産(chan)生的交替漩(xuán)渦的頻率,通(tōng)過頻率與流(liu)速成正比📧的(de)關系來測量(liang)流速.
　　本文基(jī)于渦街理論(lùn),分别對圓柱(zhu)阻流體,正方(fāng)阻流體和三(san)角形阻流體(ti)三者進行數(shù)值模拟,并且(qie)對三種阻流(liu)體對應的渦(wō)街流量計中(zhong)的壓電傳感(gan)器片👈對流場(chang)♻️的壓力、速度(dù)等參數的🌈影(ying)響進行分析(xī).
1數值模型
　　圖(tú)1所示方形渦(wo)街流量計的(de)計算流場圖(tu)，流場中繞流(liú)體中心距😍流(liu)場入口距離(li)設爲L=0.2m,.阻流體(ti)迎風寬度設(she)爲w=0.04m,流場速度(dù)設爲0.01m/s.
 

　　數值計(jì)算滿足質量(liang)、動量、能量守(shou)恒方程,如方(fāng)程(1)、(2)和(3)所😘示💋.選(xuan)擇隐式非穩(wěn)态模型，采用(yòng)有限體積法(fǎ)中的SIMPLEC(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquationsConsistent)協調性(xing)壓力耦合方(fang)🔴程組的半隐(yin)式，計算采用(yong)二階迎風格(ge)式。
 
2數值模型(xing)三種阻流體(tǐ)和對應流量(liang)計算結果及(jí)分析⛹🏻‍♀️
　　本文針(zhēn)對圓形、正方(fāng)形和三角形(xíng)三種阻流體(tǐ)分别進💔行壓(ya)力和速度的(de)分析,并對流(liu)場中中心線(xiàn)上的壓力和(he)速度變化進(jin)行具㊙️體闡述(shù).
2.1三種阻流體(tǐ)壓力流場分(fèn)析
　　圖2爲三種(zhǒng)阻流體渦街(jiē)場和渦街流(liú)量計流場總(zǒng)壓力分🔴布雲(yún)🈲圖.由圖所示(shì),圓形阻流體(tǐ)後部流場中(zhōng)漩💔渦交替分(fèn)布比較有規(gui)律💘,渦街現象(xiàng)明顯.對于正(zheng)方形阻流體(ti),距離☂️阻流體(ti)較近時，仍能(neng)看🙇🏻到比較明(míng)顯的漩渦分(fen)布，而後漩渦(wo)逐漸散開.對(dui)于三角形阻(zu)流體,低壓漩(xuán)渦形狀比較(jiào)圓整，漩渦分(fen)布比正方形(xíng)阻🤞流體規則(zé).另外，不同形(xing)狀阻流🌈體的(de)分離點不同(tóng)，圓柱沒有其(qi)固定分離點(diǎn)，整個半圓面(mian)都可以;正方(fāng)形的分離點(dian)則會出現在(zai)前方尖點及(ji)附近邊或者(zhe)後方尖點及(ji)附近邊;三角(jiao)形則有其固(gu)定分離點🐅，主(zhu)要集中在前(qián)方兩個尖點(dian)及其附近的(de)邊上👌.對于渦(wō)街流量計流(liu)場，由于應變(bian)片在💋阻流體(ti)後的加入,改(gai)變🛀了流場中(zhong)擾動的頻率(lü)，三種不同流(liú)量計的流場(chang)中頻率均變(biàn)低，這是因爲(wèi)液體在遇😘到(dao)金屬應變片(pian)之前還未形(xing)成規則的漩(xuan)渦，在金屬應(yīng)變片邊緣發(fa)生⛱️剝離，由于(yu)三種阻流體(tǐ)的剝離🔴點影(ying)響,低壓場的(de)範圍三🌐角形(xing)最大，正方形(xíng)次之，圓形最(zui)小。
 
　　由圖可以(yi)看出，阻流體(ti)前端的壓力(lì)保持恒定，而(ér)後🤞在🈚阻流體(tǐ)和應變片之(zhi)間流場，壓力(lì)急劇下降，形(xíng)成局部💋低壓(yā)區.正方形渦(wō)街流量計壓(yā)力變化應變(bian)片的後端波(bo)動較大，圓形(xíng)渦街流量計(ji)次之,三角形(xíng)渦街流量計(jì)🔅應變片後的(de)壓力變化比(bi)較平穩。
2.2三種(zhǒng)阻流體流場(chang)中心線速度(dù)分析
　　圖3爲三(san)種阻流體渦(wo)街流場中心(xīn)線速度分布(bù),以流場左側(ce)人🙇🏻口爲位置(zhi)初始點，橫坐(zuò)标爲中心線(xiàn)上各👣點到初(chū)始點的距離(li)，縱坐标爲速(sù)度大小.由圖(tú)可以看出，初(chū)始流速大小(xiao)相同，當遇💔到(dao)阻流體時，流(liú)速急速下降(jiang)，在阻流體中(zhong)心點0.2m前後對(duì)應的兩個位(wèi)置處速度降(jiàng)爲0,形成速度(du)駐點🏃‍♀️.比較不(bú)同阻流體,對(duì)于圓🏃🏻‍♂️形阻流(liú)體，阻流體後(hòu)的流速發生(shēng)周期振蕩并(bing)有上㊙️揚趨勢(shi);對于正方㊙️形(xíng)阻流體,阻流(liu)體後的流速(su)發生一定振(zhèn)蕩;對于三角(jiǎo)🈲形阻流體，阻(zu)流體後的流(liu)速振🔆蕩比較(jiào)明🏃🏻‍♂️顯.這表明(ming)阻流體在流(liú)場中引起的(de)擾動✉️比較大(da),使得阻流體(ti)後的👉速度發(fā)生不規則振(zhen)蕩.
 
　　圖4爲三種(zhǒng)阻流體渦街(jie)流量計流場(chǎng)中心線速度(dù)分布.在🔴渦街(jiē)🍉流量計流場(chang)中,流速在阻(zu)流體前急劇(ju)下降,阻流體(tǐ)前後對應的(de)兩個位置處(chù)爲速度駐點(diǎn),并在應變片(piàn)前部形成了(le)新的速度駐(zhù)點.與圖3相比(bi)，阻流體前流(liu)速變化相同(tong)，由于應♊變片(piàn)的嵌人,後部(bu)的♉流速震蕩(dàng)頻率變低,并(bìng)且渦街流量(liàng)計♉流場的最(zuì)大❗速度和平(ping)均速度要比(bi)對應的阻流(liu)體渦街場小(xiǎo)對于圓形阻(zu)流體流🔴量計(jì)流場，應變片(piàn)㊙️後部的速度(du)振蕩頻率約(yuē)爲渦街流📱場(chǎng)的一-半.對于(yú)正方形阻流(liú)體,應變片後(hou)最高速度的(de)位置從0.83m提前(qian)至0.7m處.對于三(san)角💛形阻流體(ti),應變片後的(de)流速明顯變(bian)得平☎️滑,尤其(qi)是從0.4m開始,振(zhèn)蕩周期變大(dà),同時速度在(zai)0.65m處爲最大值(zhi)，随後逐漸下(xià)降.
2.3三種阻流(liú)體壓力損失(shi)
　　表1所示爲不(bú)同阻流體壓(ya)力損失計算(suan)值,由表可以(yi)看出,相同條(tiao)件下,不同形(xing)狀的阻流體(tǐ)的流場中,對(duì)應的壓力✔️損(sun)失是不🏒同的(de).圓形阻流體(tǐ)所産生的壓(yā)力損失最大(dà),正方形次之(zhi)，三角形阻流(liú)體的渦街場(chang)壓力損失🏃最(zuì)小.比較不同(tóng)形狀🚶阻流體(ti)流量計可以(yǐ)看到，圓形阻(zu)流體流量計(ji)流場的壓力(li)💯損失最大,三(sān)角形阻流體(tǐ)的壓力損失(shī)最小.結果顯(xian)示,壓力損失(shi)變化趨勢與(yu)三種🈲阻流體(tǐ)壓力損失💰變(bian)化相同,壓力(lì)應變片的嵌(qian)人，隻是🍉略微(wei)增加了壓力(li)損失,并沒有(yǒu)改變三種阻(zu)流體壓力損(sun)失之間的大(da)小對比關系(xì)💛.在三種不同(tong)形狀阻流體(tǐ)流量計中,三(san)角形渦街流(liú)量計的壓力(lì)損失最小。
 
3結(jie)論
(1)在相同條(tiao)件下,圓形繞(rao)流體仿真場(chǎng)可以得到規(gui)律㊙️的渦街現(xiàn)象.不同形狀(zhuàng)阻流體的分(fen)離點不同,圓(yuan)柱沒有其固(gù)👈定分離點,整(zhěng)個半圓面都(dou)可以;正方形(xing)的分離點則(zé)會出現在前(qian)方尖點及附(fu)近😄或者後方(fang)尖點及附近(jìn);三角形則有(you)其固定✨分離(li)點,主要集中(zhong)在前方兩個(ge)尖點及其附(fu)近🈲的邊上;
(2)渦(wō)街流量計的(de)阻流體和傳(chuan)感器應變片(piàn)之間會形成(chéng)一片🧑🏾‍🤝‍🧑🏼低速低(dī)壓局部場,渦(wō)街流量計流(liu)場的最大速(sù)度和平㊙️均速(su)度要比對❄️應(yīng)的阻流體渦(wō)街場小;
(3)三種(zhǒng)不同渦街流(liu)量計的振蕩(dàng)頻率要低于(yu)對應的渦🈲街(jie)場,比較不同(tong)形狀阻流體(tǐ)渦街流量計(ji)，三角形渦街(jiē)流量☁️計的壓(yā)力損失爲最(zuì)小.

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