摘要:基(ji)于渦街(jie)理論,分(fen)别對圓(yuan)形阻流(liu)體、正方(fang)形阻♈流(liu)體和三(san)角形阻(zu)流體所(suo)形成的(de)渦街場(chang)進行仿(pang)真研究(jiu),同時對(dui)三㊙️種阻(zu)流體對(dui)應的渦(wo)街流量(liang)計 進行(hang)數值仿(pang)真,分析(xi)流量計(ji)中應變(bian)片對三(san)種阻流(liu)體流場(chang)壓🏒力和(he)速度的(de)影響.結(jie)果表明(ming)，應變片(pian)改變了(le)流場振(zhen)✍️蕩的頻(pin)率,三角(jiao)形渦街(jie)流量計(ji)的壓力(li)損失最(zui)小.
0引言(yan)
　　渦街是(shi)在一定(ding)條件下(xia)的定常(chang)流繞過(guo)阻流體(ti)時,物體(ti)兩側周(zhou)期性地(di)脫落出(chu)旋轉方(fang)向相反(fan)、排列規(gui)則的雙(shuang)列線渦(wo).渦😘流的(de)産生🐆使(shi)得阻流(liu)體兩側(ce)流體的(de)瞬間速(su)度和壓(ya)🏃‍♂️力不同(tong)，因此使(shi)阻流體(ti)發生振(zhen)動.渦街(jie)流量計(ji)通過嵌(qian)人到流(liu)體中的(de)漩渦發(fa)生體得(de)到産生(sheng)的交替(ti)漩渦的(de)頻率,通(tong)過頻率(lü)與流速(su)成正比(bi)👉的關系(xi)來測🌍量(liang)流速.
　　本(ben)文基于(yu)渦街理(li)論,分别(bie)對圓柱(zhu)阻流體(ti),正方阻(zu)流體和(he)🔅三角形(xing)🐆阻流體(ti)三者進(jin)行數值(zhi)模拟,并(bing)且對三(san)種阻流(liu)體對應(ying)的渦街(jie)流量計(ji)中的壓(ya)電傳感(gan)器片對(dui)流場的(de)壓力、速(su)度等參(can)數的⁉️影(ying)響進行(hang)分析.
1數(shu)值模型(xing)
　　圖1所示(shi)方形渦(wo)街流量(liang)計的計(ji)算流場(chang)圖，流場(chang)中繞流(liu)體中心(xin)📱距流場(chang)入口距(ju)離設爲(wei)L=0.2m,.阻流體(ti)迎風寬(kuan)度🚶設爲(wei)🏃🏻w=0.04m,流場速(su)度設爲(wei)0.01m/s.
 

　　數值計(ji)算滿足(zu)質量、動(dong)量、能量(liang)守恒方(fang)程,如方(fang)程(1)、(2)和(3)所(suo)🌈示.選擇(ze)隐式非(fei)穩态模(mo)型，采用(yong)有限體(ti)積法中(zhong)的SIMPLEC(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquationsConsistent)協調(diao)性壓力(li)耦合方(fang)程組的(de)半隐式(shi)，計算采(cai)用二階(jie)迎風格(ge)式。
 
2數值(zhi)模型三(san)種阻流(liu)體和對(dui)應流量(liang)計算結(jie)果及分(fen)析🐆
　　本文(wen)針對圓(yuan)形、正方(fang)形和三(san)角形三(san)種阻流(liu)體分别(bie)進行壓(ya)力和速(su)度的分(fen)析,并對(dui)流場中(zhong)中心線(xian)上的✏️壓(ya)力和速(su)度變✔️化(hua)進行具(ju)🙇‍♀️體闡述(shu).
2.1三種阻(zu)流體壓(ya)力流場(chang)分析
　　圖(tu)2爲三種(zhong)阻流體(ti)渦街場(chang)和渦街(jie)流量計(ji)流場總(zong)壓🔅力分(fen)布雲圖(tu).由圖所(suo)示,圓形(xing)阻流體(ti)後部流(liu)場中漩(xuan)渦交替(ti)分布比(bi)較有規(gui)律,渦街(jie)現象明(ming)顯.對于(yu)正方形(xing)阻流體(ti),距離阻(zu)流體較(jiao)近時💞，仍(reng)能看到(dao)比較明(ming)顯的漩(xuan)渦分布(bu)，而後漩(xuan)渦逐漸(jian)散開.對(dui)于三🌈角(jiao)形阻流(liu)體,低壓(ya)漩渦🛀形(xing)狀比較(jiao)圓🔆整，漩(xuan)渦分布(bu)比正方(fang)形阻流(liu)體規則(ze).另外，不(bu)同形狀(zhuang)阻流體(ti)的分離(li)點不同(tong)，圓柱沒(mei)有其固(gu)定分離(li)點，整個(ge)半圓面(mian)都可以(yi);正方形(xing)的分離(li)點則會(hui)出現在(zai)前方尖(jian)點及附(fu)近邊或(huo)者後方(fang)尖點及(ji)附近邊(bian);三角形(xing)則有其(qi)固定分(fen)離點，主(zhu)要集中(zhong)在前方(fang)兩個尖(jian)點及其(qi)附近的(de)邊上.對(dui)于渦街(jie)流量計(ji)流場🏃‍♂️，由(you)于應變(bian)片在阻(zu)流體後(hou)的加入(ru),改變了(le)流場中(zhong)擾動的(de)頻率，三(san)種不🏃🏻同(tong)流量計(ji)的流場(chang)中頻率(lü)均變♈低(di)，這是因(yin)爲液體(ti)在遇到(dao)金💛屬應(ying)變片之(zhi)💃前還未(wei)形成規(gui)則的💔漩(xuan)渦，在金(jin)屬應變(bian)片邊緣(yuan)發生剝(bao)離，由于(yu)三種阻(zu)流體的(de)剝離♉點(dian)影響,低(di)壓場的(de)範圍三(san)角形最(zui)大，正方(fang)形次❓之(zhi)，圓形最(zui)小。
 
　　由圖(tu)可以看(kan)出，阻流(liu)體前端(duan)的壓力(li)保持恒(heng)定，而後(hou)在阻流(liu)體和✏️應(ying)變片之(zhi)間流場(chang)，壓力急(ji)劇下降(jiang)，形成局(ju)部低壓(ya)區.正方(fang)形渦街(jie)☁️流量計(ji)壓力變(bian)化應變(bian)片的後(hou)端波動(dong)較大，圓(yuan)形渦街(jie)流量計(ji)次之,三(san)角形渦(wo)街流量(liang)計應變(bian)片後的(de)壓力變(bian)化比較(jiao)平穩。
2.2三(san)種阻流(liu)體流場(chang)中心線(xian)速度分(fen)析
　　圖3爲(wei)三種阻(zu)流體渦(wo)街流場(chang)中心線(xian)速度分(fen)布,以流(liu)㊙️場左側(ce)💔人口爲(wei)位置初(chu)始點，橫(heng)坐标爲(wei)中心線(xian)上各🆚點(dian)到初始(shi)🙇🏻點的距(ju)離，縱坐(zuo)⁉️标爲速(su)度大小(xiao).由圖可(ke)以看出(chu)，初🔞始流(liu)速大小(xiao)相同，當(dang)遇到阻(zu)流體時(shi)，流速急(ji)速下降(jiang)，在阻流(liu)體中心(xin)點0.2m前後(hou)對應的(de)兩個位(wei)置處速(su)度降爲(wei)0,形成速(su)度駐點(dian).比較不(bu)同阻流(liu)體,對于(yu)圓形阻(zu)流體，阻(zu)流體後(hou)的流速(su)發生周(zhou)期振蕩(dang)并有上(shang)揚趨勢(shi);對✨于正(zheng)方形阻(zu)流體,阻(zu)流體後(hou)的流速(su)發生一(yi)定振蕩(dang);對于三(san)角形阻(zu)流體，阻(zu)流體後(hou)的流速(su)振蕩比(bi)較明顯(xian).這表明(ming)阻流體(ti)在流場(chang)中引起(qi)的擾動(dong)比較大(da),使得阻(zu)流體後(hou)的速度(du)發生不(bu)規則振(zhen)蕩.
 
　　圖4爲(wei)三種阻(zu)流體渦(wo)街流量(liang)計流場(chang)中心線(xian)速度分(fen)布.在渦(wo)街流量(liang)計流場(chang)中,流速(su)在阻流(liu)體前急(ji)劇下降(jiang),阻流體(ti)前後對(dui)應💛的兩(liang)🚩個位置(zhi)處爲速(su)度駐點(dian),并在應(ying)變片前(qian)部形成(cheng)了新的(de)速度駐(zhu)點.與圖(tu)3相比，阻(zu)💃流體前(qian)流✌️速變(bian)化相📧同(tong)，由于應(ying)變片的(de)嵌人,後(hou)部的💔流(liu)速震蕩(dang)頻率變(bian)低,并且(qie)渦街流(liu)量計流(liu)場的最(zui)大速度(du)和平均(jun)速度要(yao)比對應(ying)的阻流(liu)體渦街(jie)場小對(dui)于圓形(xing)阻流體(ti)流量計(ji)流場，應(ying)變片後(hou)部的速(su)度振蕩(dang)頻率約(yue)爲渦街(jie)流場的(de)一-半.對(dui)于正方(fang)形阻流(liu)體,應變(bian)片後最(zui)高速度(du)的位置(zhi)從0.83m提前(qian)至0.7m處.對(dui)于三角(jiao)形阻流(liu)體,應變(bian)片❗後的(de)流速明(ming)顯變得(de)平滑,尤(you)其是從(cong)0.4m開始,振(zhen)蕩周期(qi)變大,同(tong)時速度(du)在0.65m處爲(wei)最大值(zhi)，随後逐(zhu)漸下降(jiang).
2.3三種阻(zu)流體壓(ya)力損失(shi)
　　表1所示(shi)爲不同(tong)阻流體(ti)壓力損(sun)失計算(suan)值,由表(biao)可以看(kan)出,相同(tong)條件下(xia),不同形(xing)狀的阻(zu)流體的(de)流場中(zhong),對應的(de)壓力㊙️損(sun)失是不(bu)同的.圓(yuan)形阻流(liu)體所産(chan)生的壓(ya)力損失(shi)✊最大,正(zheng)方形次(ci)之，三角(jiao)形阻流(liu)體的渦(wo)街場壓(ya)力損失(shi)最小.比(bi)較不同(tong)形狀阻(zu)流體流(liu)量計可(ke)以看到(dao)，圓形阻(zu)♍流體流(liu)量計流(liu)場的壓(ya)力⚽損失(shi)最大,三(san)角形阻(zu)流體的(de)壓力損(sun)失最小(xiao).結果顯(xian)示,壓力(li)損失變(bian)化趨勢(shi)與三種(zhong)阻流體(ti)🥰壓力損(sun)失🌈變化(hua)相同,壓(ya)力💞應變(bian)片的嵌(qian)人，隻是(shi)略微增(zeng)加了壓(ya)力損🌈失(shi),并沒有(you)改變三(san)種阻流(liu)體壓力(li)損失之(zhi)🏃‍♂️間的大(da)小對比(bi)關系.在(zai)三種不(bu)同形狀(zhuang)阻流體(ti)流量計(ji)中,三角(jiao)🤩形渦街(jie)流量計(ji)的壓力(li)損失最(zui)小。
 
3結論(lun)
(1)在相同(tong)條件下(xia),圓形繞(rao)流體仿(pang)真場可(ke)以得到(dao)規律㊙️的(de)㊙️渦街現(xian)象.不同(tong)形狀阻(zu)流體的(de)分離點(dian)不同,圓(yuan)柱沒有(you)其固定(ding)分離點(dian),整個♊半(ban)圓面都(dou)可以;正(zheng)方形的(de)分離點(dian)則會出(chu)⭐現在前(qian)方尖點(dian)🔞及附近(jin)或者後(hou)方尖♋點(dian)及附近(jin);三角形(xing)則有其(qi)固定分(fen)離點,主(zhu)要集中(zhong)在前方(fang)兩個尖(jian)點及其(qi)附近的(de)邊上;
(2)渦(wo)街流量(liang)計的阻(zu)流體和(he)傳感器(qi)應變片(pian)之間會(hui)形成一(yi)片低速(su)低壓局(ju)部場,渦(wo)街流量(liang)計流場(chang)的最大(da)速度和(he)平均速(su)度要🔴比(bi)對應的(de)阻流體(ti)渦街場(chang)小;
(3)三種(zhong)不同渦(wo)街流量(liang)計的振(zhen)蕩頻率(lü)要低于(yu)對應的(de)渦街👅場(chang),比較不(bu)同形狀(zhuang)阻流體(ti)渦街流(liu)量計，三(san)角形渦(wo)街流量(liang)💋計的壓(ya)力損失(shi)爲最小(xiao).

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