摘要:基于(yu)渦街理論(lun),分别對圓(yuan)形阻流體(ti)、正方形阻(zu)流體和三(san)🆚角形阻流(liu)體所形成(cheng)的渦街場(chang)進行仿真(zhen)研究🛀🏻,同時(shi)對三種阻(zu)流體對應(ying)的渦街流(liu)量計 進行(hang)數值仿真(zhen),分析流量(liang)計中應變(bian)片對三種(zhong)阻流體流(liu)場🔴壓力和(he)速度的影(ying)響.結果表(biao)明，應變片(pian)改變💛了流(liu)場振蕩的(de)頻率💜,三角(jiao)形渦街流(liu)量計的壓(ya)力損失最(zui)小.
0引言
　　渦(wo)街是在一(yi)定條件下(xia)的定常流(liu)繞過阻流(liu)體時,物體(ti)兩側周期(qi)性地脫落(luo)出旋轉方(fang)向相反、排(pai)列規則的(de)雙💛列線渦(wo).渦流的☀️産(chan)生使得阻(zu)流體兩側(ce)流體的瞬(shun)間速度和(he)壓🈲力不同(tong)，因此使🌐阻(zu)流體發生(sheng)振動.渦👨‍❤️‍👨街(jie)流量計通(tong)過嵌人到(dao)流體中🐅的(de)漩渦發生(sheng)體得到⭕産(chan)生的交替(ti)☂️漩渦的頻(pin)率,通過頻(pin)率與流速(su)成正比的(de)關系來測(ce)量流速.
　　本(ben)文基于渦(wo)街理論,分(fen)别對圓柱(zhu)阻流體,正(zheng)方阻流體(ti)和三角形(xing)阻流體三(san)者進行數(shu)值模拟,并(bing)且對三種(zhong)阻☀️流體對(dui)應的渦街(jie)流🌐量計中(zhong)的壓電傳(chuan)感器片💚對(dui)流場🌈的壓(ya)力、速度等(deng)參數的影(ying)響進行分(fen)析.
1數值模(mo)型
　　圖1所示(shi)方形渦街(jie)流量計的(de)計算流場(chang)圖，流場中(zhong)繞流體中(zhong)🐅心距流場(chang)入口距離(li)設爲L=0.2m,.阻流(liu)體迎風寬(kuan)度設爲w=0.04m,流(liu)場♋速度💞設(she)爲0.01m/s.
 

　　數值計(ji)算滿足質(zhi)量、動量、能(neng)量守恒方(fang)程,如方程(cheng)(1)、(2)和(3)所示.選(xuan)擇隐🍉式非(fei)穩态模型(xing)，采用有限(xian)體積法中(zhong)的SIMPLEC(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquationsConsistent)協調性(xing)壓力耦合(he)方🔴程組的(de)半隐式，計(ji)算采用二(er)階迎風格(ge)式。
 
2數值模(mo)型三種阻(zu)流體和對(dui)應流量計(ji)算結果及(ji)分❄️析🏃‍♀️
　　本文(wen)針對圓形(xing)、正方形和(he)三角形三(san)種阻流體(ti)分别♈進行(hang)壓力和速(su)度的分析(xi),并對流場(chang)中中心線(xian)上的壓力(li)和速度變(bian)化進行具(ju)體闡述.
2.1三(san)種阻流體(ti)壓力流場(chang)分析
　　圖2爲(wei)三種阻流(liu)體渦街場(chang)和渦街流(liu)量計流場(chang)總壓力🔞分(fen)布雲👨‍❤️‍👨圖🧑🏾‍🤝‍🧑🏼.由(you)圖所示,圓(yuan)形阻流體(ti)後部流場(chang)中漩渦交(jiao)🐪替分布比(bi)較有規律(lü),渦街現象(xiang)明顯.對于(yu)正方形阻(zu)流體,距離(li)阻流體較(jiao)近時，仍能(neng)看到比較(jiao)明顯的漩(xuan)渦分布，而(er)後漩♻️渦逐(zhu)漸散開.對(dui)于三角形(xing)阻流㊙️體,低(di)壓漩渦形(xing)狀比較圓(yuan)整，漩渦分(fen)布比正方(fang)形阻流體(ti)規則.另外(wai)🏃‍♀️，不同形狀(zhuang)阻流體的(de)分離點不(bu)同，圓🧡柱沒(mei)有其固定(ding)分☂️離點，整(zheng)個半圓面(mian)都可以;正(zheng)方形的分(fen)離點則會(hui)出現在前(qian)方尖點及(ji)附近🚶邊或(huo)者後方尖(jian)點及附近(jin)邊;三角形(xing)則有其固(gu)定分離點(dian)，主要📱集中(zhong)在前方兩(liang)個尖點及(ji)其附近的(de)邊上.對于(yu)渦街🧡流量(liang)計流場，由(you)于應變片(pian)在🛀阻流體(ti)後的加入(ru),改變了流(liu)場中擾動(dong)的頻率，三(san)種不❗同👄流(liu)量計的流(liu)場中頻率(lü)均變💚低，這(zhe)是因爲液(ye)體在遇到(dao)金屬應變(bian)片之前還(hai)未形成規(gui)則的漩渦(wo)，在金屬應(ying)變片邊緣(yuan)發生剝離(li)，由于三種(zhong)阻流體的(de)剝離點影(ying)響㊙️,低壓場(chang)的範圍三(san)角形最大(da)，正方形次(ci)之，圓形最(zui)小。
 
　　由圖可(ke)以看出，阻(zu)流體前端(duan)的壓力保(bao)持恒定，而(er)後在阻流(liu)體和應變(bian)片之間流(liu)場，壓力急(ji)劇下降，形(xing)成局部低(di)壓🔞區.正方(fang)形🈲渦街流(liu)量計壓力(li)變化應變(bian)片的後端(duan)波動較大(da)，圓形渦街(jie)流量計次(ci)之,三角形(xing)渦街流量(liang)計✊應變片(pian)後❗的壓力(li)變化比較(jiao)平穩。
2.2三種(zhong)阻流體流(liu)場中心線(xian)速度分析(xi)
　　圖3爲三種(zhong)阻流體渦(wo)街流場中(zhong)心線速度(du)分布,以流(liu)場左側人(ren)口爲位置(zhi)初始點，橫(heng)坐标爲中(zhong)心線上各(ge)點到😄初始(shi)點的距離(li)🐉，縱坐标爲(wei)速度大小(xiao).由圖可以(yi)🈲看出，初始(shi)流速🤞大小(xiao)相🏃🏻同，當遇(yu)🛀🏻到阻流體(ti)時，流速急(ji)速下降，在(zai)阻流體中(zhong)心點0.2m前後(hou)對應的兩(liang)個位置處(chu)速度降爲(wei)0,形成速度(du)駐點.比較(jiao)不同阻流(liu)體,對于圓(yuan)形阻流體(ti)，阻流體後(hou)的流速發(fa)生周期振(zhen)蕩并有上(shang)揚趨勢;對(dui)于正方形(xing)阻流💋體,阻(zu)流體後的(de)流速發生(sheng)一定振蕩(dang);對于三角(jiao)形阻流體(ti)，阻流體後(hou)的流速振(zhen)蕩比較明(ming)顯.這表明(ming)阻流體在(zai)流場中引(yin)起的擾動(dong)☁️比較大,使(shi)得阻流體(ti)後的速度(du)發生不規(gui)則振蕩.
 
　　圖(tu)4爲三種阻(zu)流體渦街(jie)流量計流(liu)場中心線(xian)速度分布(bu).在渦街流(liu)量計流場(chang)中,流速在(zai)阻流體前(qian)急劇下降(jiang),阻流體♊前(qian)後對應的(de)兩個位置(zhi)處爲速度(du)駐點,并在(zai)應變片前(qian)部形成了(le)新的速度(du)駐點.與圖(tu)3相比，阻流(liu)體前流✏️速(su)變化相同(tong)，由于應🐉變(bian)片的嵌人(ren),後部的流(liu)速震蕩頻(pin)率變低,并(bing)且渦街流(liu)量計流場(chang)的最大速(su)度和平均(jun)速度要比(bi)對應的阻(zu)流體渦街(jie)場小對🔴于(yu)圓形阻流(liu)體流⭐量計(ji)流🈲場，應變(bian)片後部的(de)速度振蕩(dang)頻率約爲(wei)渦街流場(chang)的一-半.對(dui)于正方💋形(xing)阻流體,應(ying)變片後最(zui)高速度的(de)位置從0.83m提(ti)前至0.7m處.對(dui)于三角形(xing)阻流體,應(ying)變片🈲後的(de)流速明顯(xian)變得平🐅滑(hua),尤其是💔從(cong)0.4m開始,振蕩(dang)周期變大(da),同時速度(du)在0.65m處爲最(zui)大值，随㊙️後(hou)逐漸下降(jiang).
2.3三種阻流(liu)體壓力損(sun)失
　　表1所示(shi)爲不同阻(zu)流體壓力(li)損失計算(suan)值,由表可(ke)以看出,相(xiang)同條件下(xia),不同形狀(zhuang)的阻流體(ti)的流場中(zhong),對💛應的壓(ya)力損失是(shi)不⚽同的.圓(yuan)形阻流體(ti)所産生的(de)壓力損失(shi)最大,正方(fang)形次之，三(san)角📱形阻流(liu)體的渦街(jie)場壓力損(sun)失最小.比(bi)較不同形(xing)狀阻流體(ti)流量計可(ke)以看到，圓(yuan)形阻流體(ti)流量計⛷️流(liu)場的壓力(li)損失最大(da),三💯角形阻(zu)流體的壓(ya)力損失最(zui)小.結果顯(xian)示,壓力損(sun)失變化趨(qu)勢與三種(zhong)阻流體壓(ya)力損失變(bian)化相同,壓(ya)力應變片(pian)的嵌人，隻(zhi)是💘略微增(zeng)加了壓力(li)💔損失,并沒(mei)有改變三(san)種阻流體(ti)壓力損失(shi)之🥵間的大(da)小對比關(guan)系.在三種(zhong)不同形狀(zhuang)阻流體💜流(liu)量計中,三(san)角形渦街(jie)流量計的(de)壓力損失(shi)最小。
 
3結論(lun)
(1)在相同條(tiao)件下,圓形(xing)繞流體仿(pang)真場可以(yi)得到規律(lü)的渦街現(xian)象.不同形(xing)狀阻流體(ti)的分離點(dian)不同,圓柱(zhu)沒有其固(gu)😍定分👈離點(dian),整個半圓(yuan)面都可以(yi);正方形的(de)分離點🈲則(ze)會出現在(zai)前方尖點(dian)♍及附近或(huo)者後方尖(jian)✉️點及附近(jin);三角形則(ze)有其固定(ding)分離點,主(zhu)要集中在(zai)🥰前方兩個(ge)尖點及其(qi)附近的邊(bian)上;
(2)渦街流(liu)量計的阻(zu)流體和傳(chuan)感器應變(bian)片之間會(hui)形成一片(pian)低速低壓(ya)局部場,渦(wo)街流量計(ji)流場的最(zui)大速度和(he)平🔴均速度(du)要比對應(ying)的阻流體(ti)渦街場小(xiao);
(3)三種不同(tong)渦街流量(liang)計的振蕩(dang)頻率要低(di)于對應的(de)渦街❤️場🐉,比(bi)較不同形(xing)狀阻流體(ti)渦街流量(liang)計，三角形(xing)渦街流量(liang)計的壓力(li)☁️損失爲最(zui)小.

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