摘要(yao):爲了(le)研究(jiu)渦街(jie)流量(liang)計 内(nei)部流(liu)場結(jie)構,通(tong)過GAMBI軟(ruan)件的(de)非結(jie)構化(hua)網格(ge)技術(shu)和FLUENT軟(ruan)件的(de)RNGke模型(xing)對渦(wo)街流(liu)量計(ji)的流(liu)場進(jin)行了(le)三維(wei)數值(zhi)模✔️拟(ni),描♈繪(hui)了渦(wo)街産(chan)生和(he)脫落(luo)過程(cheng),着重(zhong)分析(xi)了壁(bi)面壓(ya)力分(fen)布随(sui)渦街(jie)脫落(luo)的演(yan)變情(qing)況。結(jie)果表(biao)明:渦(wo)街流(liu)場中(zhong)靠近(jin)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)壁面(mian)靜壓(ya)有較(jiao)明顯(xian)的波(bo)動,在(zai)距離(li)旋渦(wo)發生(sheng)體一(yi)定範(fan)圍内(nei),越靠(kao)近旋(xuan)渦發(fa)生體(ti),靜🈲壓(ya)幅度(du)越大(da);而👈在(zai)對稱(cheng)于管(guan)道軸(zhou)線的(de)位置(zhi),壁面(mian)靜壓(ya)🔴幅度(du)相等(deng),相位(wei)相反(fan)。該研(yan)究爲(wei)優化(hua)渦街(jie)流量(liang)計的(de)結🍓構(gou)設計(ji)和測(ce)量性(xing)能提(ti)供了(le)有㊙️益(yi)的參(can)考🌈。
0引(yin)言
　　渦(wo)街流(liu)量計(ji)是近(jin)年發(fa)展勢(shi)頭良(liang)好.優(you)點突(tu)出的(de)一類(lei)新㊙️型(xing)流量(liang)測量(liang)裝置(zhi)。它利(li)用在(zai)特定(ding)的流(liu)動條(tiao)件下(xia)流📧體(ti)部分(fen)動㊙️能(neng)産生(sheng)流體(ti)振動(dong),且振(zhen)動頻(pin)率與(yu)流量(liang)成正(zheng)比這(zhe)一特(te)征關(guan)✏️系來(lai)進🔴行(hang)工作(zuo)🈲。隻要(yao)采用(yong)合适(shi)的檢(jian)測方(fang)法從(cong)與♈渦(wo)街脫(tuo)落🈲相(xiang)伴的(de)周期(qi)振動(dong)的流(liu)速、壓(ya)力中(zhong)提取(qu)出頻(pin)率🥰,那(na)麽,就(jiu)可以(yi)得到(dao)管道(dao)内被(bei)測流(liu)體的(de)🙇‍♀️流🔴量(liang)值川(chuan)。渦街(jie)流🍓量(liang)計的(de)性能(neng)在很(hen)大🈲程(cheng)度上(shang)受到(dao)渦街(jie)流場(chang)結構(gou)及其(qi)内部(bu)參數(shu)的時(shi)空分(fen)布的(de)影響(xiang)。因此(ci),研⭕究(jiu)渦街(jie)流量(liang)計内(nei)部流(liu)動特(te)性對(dui)優化(hua)其測(ce)量性(xing)能具(ju)有十(shi)分重(zhong)要的(de)意義(yi)。
　　由于(yu)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)阻流(liu)作用(yong),渦街(jie)在管(guan)道内(nei)的流(liu)❗動是(shi)強烈(lie)的非(fei)線性(xing)時變(bian)湍流(liu),難以(yi)解析(xi)地求(qiu)得流(liu)場分(fen)布情(qing)❤️況,所(suo)🐅以,至(zhi)今人(ren)們對(dui)旋渦(wo)發生(sheng)體後(hou)旋渦(wo)形成(cheng)和脫(tuo)落過(guo)程的(de)認識(shi)幾乎(hu)全部(bu)依賴(lai)于經(jing)驗和(he)👅實驗(yan)。随着(zhe)計算(suan)機技(ji)術的(de)飛速(su)✔️發展(zhan),建立(li)在經(jing)典流(liu)體力(li)學與(yu)數值(zhi)方法(fa)基礎(chu)上的(de)計算(suan)流體(ti)動力(li)學爲(wei)人們(men)研究(jiu)複雜(za)🥵流動(dong)問題(ti)提供(gong)了一(yi)種有(you)效的(de)解決(jue)方法(fa),通過(guo)計算(suan)機數(shu)值計(ji)算方(fang)法和(he)👅圖像(xiang)顯示(shi)技術(shu),可以(yi)得到(dao)在時(shi)間和(he)空間(jian).上定(ding)量描(miao)述流(liu)場的(de)數值(zhi)解。
　　目(mu)前,人(ren)們對(dui)渦街(jie)流場(chang)的數(shu)值模(mo)拟逐(zhu)漸從(cong)二維(wei)過渡(du)到和(he)🛀渦方(fang)法等(deng)。國内(nei)外研(yan)究人(ren)員采(cai)用了(le)各種(zhong)數值(zhi)算法(fa)對不(bu)同形(xing)狀旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)在不(bu)同雷(lei)諾數(shu)下進(jin)行了(le)模拟(ni)計算(suan)。總體(ti).上說(shuo)來🐪,在(zai)雷諾(nuo)數較(jiao)小時(shi),數值(zhi)模拟(ni)的結(jie)果與(yu)實際(ji)情況(kuang)符合(he)較好(hao),但是(shi),在雷(lei)諾⭐數(shu)較大(da)時,各(ge)種因(yin)素對(dui)渦街(jie)的影(ying)響十(shi)分複(fu)雜,數(shu)值👣模(mo)拟的(de)結果(guo)還不(bu)盡如(ru)人意(yi),許多(duo)問題(ti)還待(dai)于⭐進(jin)一步(bu)深入(ru)研究(jiu)。
　　本文(wen)利用(yong)先進(jin)的計(ji)算流(liu)體力(li)學軟(ruan)件FUENT及(ji)其前(qian)處理(li)軟件(jian)GAMBII對😄渦(wo)街流(liu)量計(ji)内壁(bi)面壓(ya)力分(fen)布進(jin)行了(le)數值(zhi)模拟(ni),目的(de)在于(yu)⛹🏻‍♀️獲得(de)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼關于(yu)渦街(jie)流量(liang)計内(nei)部流(liu)場的(de)定性(xing)或半(ban)定量(liang)的認(ren)識,爲(wei)優化(hua)渦街(jie)流🔱量(liang)計的(de)結構(gou)設計(ji)和測(ce)量性(xing)能提(ti)供有(you)益的(de)參考(kao)。
1計算(suan)域和(he)網格(ge)
　　在模(mo)拟過(guo)程中(zhong),渦街(jie)流量(liang)計的(de)計算(suan)域簡(jian)化爲(wei)具有(you)圓🌏形(xing)進出(chu)口邊(bian)界的(de)軸對(dui)稱三(san)維幾(ji)何模(mo)型,坐(zuo)标原(yuan)點設(she)在旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)迎流(liu)面的(de)中心(xin),如圖(tu)1所示(shi)。管道(dao)内徑(jing)爲50mm,旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)爲梯(ti)形柱(zhu)體,迎(ying)流🈲面(mian)寬度(du)爲14mm.圖(tu)1給出(chu)了:=0截(jie)面(=軸(zhou)方向(xiang)垂直(zhi)紙面(mian)向外(wai))管道(dao)‼️和旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)的二(er)維計(ji)算域(yu)及其(qi)🈲網格(ge)的示(shi)意圖(tu)。爲了(le)真實(shi)地模(mo)拟實(shi)際流(liu)動狀(zhuang)況，利(li)用GAMBI軟(ruan)件生(sheng)成了(le)非結(jie)構化(hua)的三(san)角網(wang)格。由(you)于旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)附近(jin)流場(chang)變化(hua)劇烈(lie),因此(ci),對其(qi)周圍(wei)的網(wang)💃🏻格進(jin)行了(le)局部(bu)加密(mi)處理(li)。不同(tong)🈲流速(su)的流(liu)動情(qing)況通(tong)過改(gai)變入(ru)口速(su)度來(lai)模拟(ni)。各求(qiu)🐕解變(bian)量收(shou)斂殘(can)差值(zhi)設置(zhi)🏒爲1x105。入(ru)口邊(bian)界設(she)置爲(wei)沿管(guan)道軸(zhou)向均(jun)勻速(su)度入(ru)口,其(qi)他方(fang)向速(su)度均(jun)爲0。出(chu)口邊(bian)界設(she)置爲(wei)壓力(li)出口(kou),壓力(li)☁️出口(kou)處的(de)表壓(ya)爲0。管(guan)道和(he)旋渦(wo)發生(sheng)🙇🏻體均(jun)設置(zhi)爲固(gu)體,并(bing)且,壁(bi)面處(chu)無滑(hua)移。
 
2控(kong)制方(fang)程和(he)計算(suan)參數(shu)
　　與其(qi)他流(liu)動過(guo)程相(xiang)同,渦(wo)街流(liu)動的(de)數學(xue)模型(xing)也是(shi)建立(li)👌在🏒質(zhi)量守(shou)恒定(ding)律.上(shang)的連(lian)續方(fang)程、動(dong)量守(shou)恒定(ding)律上(shang)的運(yun)動方(fang)程和(he)🌂熱力(li)學第(di)一定(ding)律.上(shang)的本(ben)構方(fang)🐆程基(ji)礎上(shang)的。綜(zong)合考(kao)慮仿(pang)真精(jing)度和(he)計算(suan)成本(ben),采用(yong)💞RNGke兩方(fang)程模(mo)型。
　　雷(lei)諾平(ping)均NavierSlokes方(fang)程組(zu)爲
 
　　式(shi)中μ爲(wei)流體(ti)動力(li)粘度(du);μt爲流(liu)體湍(tuan)動粘(zhan)度;δtf爲(wei)Koneck符号(hao);k爲湍(tuan)流脈(mo)動動(dong)能。
 
　　式(shi)中Gk爲(wei)湍流(liu)動能(neng)生成(cheng)項;Gb爲(wei)湍流(liu)動能(neng)擴散(san)項;ε爲(wei)流體(ti)脈動(dong)動能(neng)的耗(hao)散率(lü);YAT爲湍(tuan)流動(dong)能耗(hao)散項(xiang);αk,αs。分别(bie)爲kε的(de)逆🌈有(you)效✌️普(pu)朗特(te)數;Sk,S爲(wei)自定(ding)義源(yuan)項。
有(you)效粘(zhan)度公(gong)式爲(wei)
 
3結果(guo)分析(xi)
　　圖2給(gei)出了(le)介質(zhi)爲水(shui)、入口(kou)速度(du)爲15m.s1時(shi)的渦(wo)街流(liu)場中(zhong)靜壓(ya)和動(dong)壓的(de)分布(bu)情況(kuang)。其他(ta)介質(zhi)和入(ru)口速(su)度時(shi)的計(ji)算結(jie)果相(xiang)似。可(ke)以看(kan)🏃🏻出:旋(xuan)渦從(cong)渦街(jie)發生(sheng)體兩(liang)側交(jiao)替脫(tuo)離形(xing)成渦(wo)街🐉,分(fen)離點(dian)在梯(ti)形💘柱(zhu)的銳(rui)邊上(shang)。流體(ti)流過(guo)🔴旋渦(wo)發生(sheng)體後(hou),旋渦(wo)在向(xiang)下遊(you)運動(dong)的同(tong)時,旋(xuan)渦強(qiang)度也(ye)逐漸(jian)由強(qiang)🤟變弱(ruo)。相應(ying)的,靜(jing)壓和(he)動壓(ya)也都(dou)是在(zai)旋渦(wo)發生(sheng)體附(fu)近較(jiao)強,在(zai)向下(xia)遊運(yun)📱動的(de)過程(cheng)中強(qiang)㊙️度也(ye)逐㊙️漸(jian)減弱(ruo)。顯然(ran),旋渦(wo)的周(zhou)期性(xing)變化(hua)使🚶流(liu)場内(nei)各種(zhong)參數(shu)都随(sui)之發(fa)生交(jiao)替的(de)💚波動(dong),因此(ci)，通過(guo)檢測(ce)渦街(jie)尾流(liu)中📐周(zhou)期變(bian)化的(de)某一(yi)參數(shu)可以(yi)獲取(qu)渦街(jie)流動(dong)特💰征(zheng)。由于(yu)🐉動壓(ya)的檢(jian)測比(bi)較困(kun)難,需(xu)要将(jiang)測量(liang)件💞伸(shen)入管(guan)道内(nei),因此(ci),不适(shi)宜作(zuo)爲反(fan)映渦(wo)街特(te)♍性的(de)被測(ce)特征(zheng)參數(shu)。而管(guan)壁處(chu)靜壓(ya)的測(ce)量相(xiang)對來(lai)說要(yao)簡單(dan)容易(yi)得多(duo),取壓(ya)裝置(zhi)垂直(zhi)于流(liu)動方(fang)🍉向且(qie)位于(yu)管壁(bi)上,同(tong)時其(qi)值隻(zhi)需采(cai)📐用普(pu)通的(de)動态(tai)壓力(li)傳感(gan)器即(ji)可測(ce)得。
 
　　爲(wei)了定(ding)量比(bi)較渦(wo)街流(liu)場空(kong)間中(zhong)不同(tong)位置(zhi)處靜(jing)壓的(de)大小(xiao),圖3給(gei)出了(le)靜壓(ya)在計(ji)算域(yu)中平(ping)行流(liu)向的(de):=0,y=245mm和垂(chui)直流(liu)向的(de):=0,x=25mm兩條(tiao)直🌈線(xian)上的(de)計算(suan)結果(guo)。可以(yi)看到(dao),渦街(jie)流場(chang)中靠(kao)近旋(xuan)渦發(fa)🈲生體(ti)管壁(bi)處的(de)靜壓(ya)有較(jiao)明顯(xian)的波(bo)動,，沿(yan)流動(dong)方向(xiang)靜壓(ya)在👌0~50mm區(qu)間内(nei)波動(dong)明顯(xian)、幅度(du)最大(da),即在(zai)距離(li)旋渦(wo)發🌏生(sheng)體一(yi)定範(fan)🏃圍内(nei),越靠(kao)近🧑🏽‍🤝‍🧑🏻旋(xuan)渦發(fa)生體(ti),靜💜壓(ya)幅度(du)越大(da);而在(zai)垂直(zhi)流動(dong)方向(xiang)上管(guan)道内(nei)壁處(chu)的靜(jing)壓也(ye)具有(you)較大(da)的㊙️幅(fu)度。圖(tu)4給出(chu)了計(ji)🔞算域(yu)中:=0平(ping)面上(shang)一對(dui)軸對(dui)稱管(guan)壁處(chu)監測(ce)點P1(10,245,0)和(he)Pi(10,24.5,0)靜壓(ya)的計(ji)算值(zhi)。從圖(tu)中可(ke)以看(kan)出:管(guan)壁處(chu)軸對(dui)稱的(de)2點靜(jing)壓波(bo)動的(de)幅度(du)和頻(pin)率相(xiang)等而(er)相位(wei)相🔴反(fan),因此(ci)，若♉在(zai)靠近(jin)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)軸對(dui)稱管(guan)壁上(shang)設置(zhi)兩個(ge)取💛壓(ya)點測(ce)量差(cha)壓,則(ze)可構(gou)成差(cha)動結(jie)構,獲(huo)得的(de)信号(hao)更強(qiang)便于(yu)檢測(ce),通過(guo)測得(de)的靜(jing)壓差(cha)可以(yi)🤟檢測(ce)管内(nei)渦街(jie)流動(dong)特性(xing)。
 
4結束(shu)語
1)流(liu)體流(liu)過旋(xuan)渦發(fa)生體(ti)後,旋(xuan)渦在(zai)向下(xia)遊運(yun)動的(de)同時(shi)🔱，旋渦(wo)強度(du)逐漸(jian)由強(qiang)變弱(ruo),旋渦(wo)的周(zhou)期性(xing)變化(hua)使🌂流(liu)場内(nei)靜壓(ya)和動(dong)壓🌂等(deng)各種(zhong)參數(shu)都随(sui)之發(fa)生交(jiao)替的(de)波動(dong);
2)渦街(jie)流量(liang)計中(zhong)靠近(jin)旋渦(wo)發生(sheng)體的(de)壁面(mian)靜壓(ya)有較(jiao)🤩明顯(xian)的波(bo)✌️動,在(zai)距離(li)旋渦(wo)發生(sheng)體.定(ding)範圍(wei)内,越(yue)靠近(jin)旋渦(wo)發生(sheng)體,壁(bi)💋面靜(jing)壓幅(fu)度越(yue)大,而(er)在對(dui)稱于(yu)管道(dao)軸線(xian)的位(wei)置,壁(bi)面靜(jing)壓幅(fu)度相(xiang)等而(er)相位(wei)相反(fan)。.
　　總之(zhi),渦街(jie)流量(liang)計内(nei)壁面(mian)壓力(li)可以(yi)較好(hao)地表(biao)征渦(wo)街脫(tuo)🔴落㊙️的(de)過程(cheng),通過(guo)采用(yong)合适(shi)的檢(jian)測和(he)信号(hao)處理(li)方法(fa)♌可以(yi)使人(ren).們從(cong)💰多個(ge)角度(du)來提(ti)取渦(wo)街特(te)性。并(bing)且,關(guan)于渦(wo)街流(liu)量計(ji)内部(bu)流場(chang)的定(ding)性或(huo)半定(ding)量的(de)認識(shi)将有(you)助于(yu)優化(hua)渦街(jie)流量(liang)計的(de)結構(gou)設計(ji)及其(qi)🤞測量(liang)性能(neng)。

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