摘要(yao)：通常(chang)大口(kou)徑管(guan)道的(de)流體(ti)流速(su)較低(di),根據(ju)渦街(jie)流量(liang)計 原(yuan)理,其(qi)産生(sheng)的渦(wo)街信(xin)号頻(pin)率和(he)幅值(zhi)也很(hen)低、傳(chuan)統的(de)懸臂(bi)粱式(shi)渦街(jie)探頭(tou)在大(da)口徑(jing)管道(dao)上應(ying)用時(shi),由于(yu)其相(xiang)對管(guan)道🈲中(zhong)軸線(xian)的❗距(ju)離更(geng)遠,受(shou)管道(dao)振動(dong)的影(ying)響更(geng)⛱️大,無(wu)法很(hen)好地(di)進行(hang)測量(liang)采用(yong)數值(zhi)仿真(zhen)軟件(jian)平台(tai)Ansys+Workbench+Fluent對大(da)口徑(jing)渦街(jie)流量(liang)計 管(guan)道發(fa)生體(ti)處的(de)流場(chang)特性(xing)進行(hang)了分(fen)析根(gen)據分(fen)析得(de)🆚出的(de)結論(lun)結合(he)大口(kou)徑管(guan)道發(fa)生體(ti)的機(ji)械特(te)性,提(ti)出了(le)位❤️于(yu)發生(sheng)體處(chu)基于(yu)差壓(ya)原理(li)的旋(xuan)渦頻(pin)率🐅檢(jian)測方(fang)案。
　　大(da)口徑(jing)渦街(jie)流量(liang)計(指(zhi)管道(dao)直徑(jing)超過(guo)300mm)主要(yao)用于(yu)工♋業(ye)管道(dao)中天(tian)🈲然氣(qi)、蒸汽(qi)、氮氣(qi)、氫氣(qi)、空氣(qi)等介(jie)質的(de)流量(liang)計量(liang)。例如(ru)：“西💋氣(qi)東輸(shu)”、“俄🐅氣(qi)南下(xia)”等工(gong)程中(zhong)需要(yao)用到(dao)大量(liang)的大(da)口徑(jing)渦街(jie)流垣(yuan)計進(jin)行流(liu)✉️量計(ji)量。
　　國(guo)内外(wai)對于(yu)渦街(jie)流量(liang)計的(de)研究(jiu)主要(yao)集中(zhong)在中(zhong)小口(kou)徑,對(dui)于🍉大(da)口徑(jing)渦街(jie)流量(liang)計的(de)研究(jiu)很少(shao)。本課(ke)題☎️的(de)主🔴要(yao)來源(yuan)是作(zuo)者所(suo)在🔴的(de)課題(ti)組在(zai)現場(chang)調試(shi)傳統(tong)懸臂(bi)㊙️式渦(wo)街流(liu)量計(ji)時發(fa)現當(dang)管道(dao)口徑(jing)超過(guo)250mm時,提(ti)取到(dao)的渦(wo)街信(xin)号✊波(bo)形嚴(yan)重失(shi)真。對(dui)懸臂(bi)式渦(wo)街探(tan)進行(hang)改進(jin)💜,增加(jia)探頭(tou)的插(cha)入深(shen)度,又(you)極易(yi)引起(qi)共振(zhen),帶來(lai)更大(da)的幹(gan)擾信(xin)号因(yin)此⛹🏻‍♀️,需(xu)要研(yan)究新(xin)的旋(xuan)渦頻(pin)率檢(jian)測方(fang)案。
1渦(wo)街流(liu)量計(ji)工作(zuo)原理(li)
　　渦街(jie)流量(liang)計利(li)用流(liu)體振(zhen)動原(yuan)理進(jin)行流(liu)量測(ce)量,在(zai)特定(ding)的🌍流(liu)🔞動條(tiao)件下(xia),流體(ti)一部(bu)分動(dong)能轉(zhuan)化爲(wei)振動(dong),其振(zhen)🐅動頻(pin)😍率與(yu)🌈流速(su)(流量(liang))有确(que)定的(de)比例(li)關系(xi)。基本(ben)💞原理(li)是_2]：在(zai)與被(bei)測介(jie)質流(liu)向垂(chui)直的(de)方向(xiang)放置(zhi)一非(fei)💛流線(xian)型旋(xuan)渦發(fa)生體(ti),當流(liu)體流(liu)過該(gai)旋渦(wo)發生(sheng)體時(shi),在發(fa)生體(ti)阻擋(dang)面後(hou)方兩(liang)🍓側交(jiao)替地(di)分離(li)釋放(fang)出兩(liang)🤞列規(gui)則的(de)交錯(cuo)排列(lie)的旋(xuan)渦,稱(cheng)爲馮(feng)·卡爾(er)曼渦(wo)街,如(ru)圖1所(suo)示。

旋(xuan)渦脫(tuo)落頻(pin)率f與(yu)發生(sheng)體兩(liang)側的(de)平均(jun)流速(su)V之間(jian)存在(zai)如下(xia)關系(xi)🧡式

　　式(shi)中,S爲(wei)斯特(te)勞哈(ha)爾系(xi)數；d爲(wei)發生(sheng)體迎(ying)流面(mian)的寬(kuan)度,單(dan)化爲(wei)m。斯❤️特(te)勞哈(ha)爾系(xi)數在(zai)很寬(kuan)的一(yi)段雷(lei)諾數(shu)範圍(wei)内可(ke)保持(chi)不變(bian)。因💛此(ci)測得(de)頻率(lü)就能(neng)得到(dao)流速(su)。
2大口(kou)徑管(guan)道渦(wo)街流(liu)場仿(pang)真
　　ANSYSWorkbench仿(pang)真協(xie)同平(ping)台是(shi)通過(guo)對産(chan)品研(yan)發流(liu)程葉(ye)1仿真(zhen)環♉境(jing)🚶‍♀️的開(kai)發與(yu)實施(shi),搭建(jian)一個(ge)集成(cheng)多學(xue)科異(yi)構CAE技(ji)術的(de)仿真(zhen)系統(tong),使得(de)整個(ge)建模(mo)、仿真(zhen)、分析(xi)、前後(hou)處理(li)無縫(feng)鏈接(jie)。
　　FLUENT軟件(jian)運用(yong)CFD軟件(jian)群的(de)思想(xiang),具有(you)許多(duo)優化(hua)的理(li)模型(xing)。同時(shi)采用(yong)r多🔴種(zhong)求解(jie),『法和(he)多重(zhong)『舣1絡(luo)加速(su)收斂(lian)技術(shu),以此(ci)來達(da)到最(zui)佳的(de)🏃收斂(lian)精度(du)FLUENT可以(yi)很舭(bi)的州(zhou)測到(dao)内部(bu)流場(chang)的變(bian)🐇化,通(tong)過仿(pang)真結(jie)🔆果來(lai)指💃物(wu)理實(shi)驗、
2．1幾(ji)何模(mo)型的(de)建與(yu)網格(ge)劃分(fen)
　　利用(yong)ANSYSWorkbench—Geometry和ANSYSWork—bench—Mesh作(zuo)爲FLUENT的(de)前處(chu)理模(mo)塊,對(dui)所研(yan)究的(de)流場(chang)進行(hang)幾何(he)建模(mo)和網(wang)格劃(hua)分。在(zai)Geometry中建(jian)立大(da)口徑(jing)管道(dao)二維(wei)幾何(he)模型(xing),如圖(tu)2和圖(tu)✔️3所示(shi)。

　　旋(xuan)渦産(chan)生于(yu)發生(sheng)體處(chu),故将(jiang)發生(sheng)體處(chu)的網(wang)格細(xi)化,選(xuan)用三(san)角形(xing)網格(ge),大小(xiao)爲6mm。’爲(wei)節省(sheng)計算(suan)資源(yuan)将前(qian)後兩(liang)部分(fen)的網(wang)格🧑🏾‍🤝‍🧑🏼設(she)置爲(wei)四邊(bian)形網(wang)格,大(da)小爲(wei)24mm。整個(ge)網格(ge)劃分(fen)4所示(shi)。總網(wang)格數(shu)爲139194,網(wang)格質(zhi)量很(hen)好。

2．2FLUENT仿(pang)真參(can)數的(de)設
将(jiang)Mesh中劃(hua)分好(hao)的網(wang)格文(wen)件導(dao)入FLUENT,進(jin)行計(ji)算設(she)置FLUENT的(de)仿真(zhen)❤️參⭐數(shu)如🔞下(xia)：
1)求解(jie)器(solution)：基(ji)于壓(ya)力的(de)二維(wei)雙精(jing)度瞬(shun)态(Transient)求(qiu)解器(qi)。
2)流體(ti)：空氣(qi),密度(du)1．225kg/rn3,運動(dong)粘度(du)1．7894xl0-5m2/s。
3)邊界(jie)條件(jian)(Boundarycondition)：人口(kou),流速(su)入口(kou)(veloci—ty—inlet),根據(ju)需要(yao)設置(zhi)不同(tong)的流(liu)速🏃🏻‍♂️；出(chu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼口,壓(ya)力出(chu)口(pres—sure—outlet),零(ling)壓。
4)非(fei)穩态(tai)計算(suan)時間(jian)步長(zhang)(timestepsize)：時間(jian)步長(zhang)取決(jue)的網(wang)格大(da)小ΔX與(yu)流速(su)V。一般(ban)取時(shi)間步(bu)長T=ΔX/V,根(gen)據波(bo)形再(zai)作适(shi)當的(de)調整(zheng)
5)湍流(liu)模型(xing)：RNGK—?模型(xing)。
6)監測(ce)點：監(jian)測參(can)數爲(wei)渦街(jie)靜态(tai)壓力(li)(Ve~exAverageStaticPressure),具體(ti)位置(zhi)如圖(tu)5所示(shi)。差壓(ya)傳感(gan)器放(fang)置位(wei)置爲(wei)将發(fa)生體(ti)的三(san)角形(xing)邊三(san)等分(fen)👄。

2．3仿真(zhen)數據(ju)記錄(lu)
　　将氣(qi)體流(liu)速分(fen)别設(she)置爲(wei)5m/s、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s。運行(hang)100步之(zhi)後,波(bo)形呈(cheng)現周(zhou)期性(xing)。空氣(qi)流量(liang)爲5m/s時(shi)渦街(jie)流場(chang)的靜(jing)壓、速(su)度參(can)數的(de)分布(bu)情況(kuang)如圖(tu)6所示(shi)。對穩(wen)定後(hou)的波(bo)形作(zuo)傅裏(li)葉變(bian)換,如(ru)圖🌏7所(suo)示。

表(biao)1～表5依(yi)次爲(wei)氣體(ti)流速(su)爲5m/S、10m/s、20m/s、30m/s、40m/s時(shi)不同(tong)取壓(ya)位置(zhi)的信(xin)号🌏記(ji)錄。


2.4數(shu)據分(fen)析
　　從(cong)表1～表(biao)5中我(wo)們可(ke)以看(kan)出,當(dang)取壓(ya)位置(zhi)位于(yu)發生(sheng)體後(hou)時,同(tong)一流(liu)速下(xia),壓力(li)最大(da)的點(dian)位于(yu)發生(sheng)體後(hou)1.5d處,即(ji)P3處；當(dang)取壓(ya)位置(zhi)位于(yu)發生(sheng)體處(chu)時,同(tong)一流(liu)速下(xia),壓🌈力(li)變化(hua)不大(da),隻有(you)PD3明顯(xian)小于(yu)PD2和PD1。爲(wei)了兼(jian)顧到(dao)渦街(jie)信号(hao)的穩(wen)定性(xing),應盡(jin)量🔱将(jiang)差壓(ya)傳感(gan)器安(an)裝在(zai)離發(fa)生體(ti)迎流(liu)遠的(de)💔位置(zhi),因此(ci)取PD2處(chu)。不同(tong)流速(su)下P3和(he)PD2處的(de)壓🐉力(li)對比(bi),如圖(tu)8所示(shi)。

由圖(tu)8中曲(qu)線可(ke)知,PD2處(chu)的壓(ya)力明(ming)顯大(da)于P3處(chu),且其(qi)值越(yue)爲4倍(bei)關系(xi)‼️。
3試驗(yan)結論(lun)
　　大口(kou)徑渦(wo)街信(xin)号發(fa)生體(ti)的尺(chi)寸通(tong)常很(hen)大,所(suo)以其(qi)結構(gou)❓爲鋼(gang)♻️闆拼(pin)接的(de)中空(kong)結構(gou)。發生(sheng)體的(de)沿管(guan)道方(fang)向的(de)長度(du)較長(zhang),足以(yi)✏️保證(zheng)渦街(jie)信号(hao)穩定(ding)形成(cheng)。且由(you)上面(mian)仿真(zhen)的結(jie)論可(ke)知PD2處(chu)的渦(wo)街信(xin)号強(qiang)度爲(wei)P3處的(de)4倍左(zuo)右。因(yin)此,本(ben)文提(ti)出了(le)如圖(tu)9所示(shi)的漩(xuan)渦頻(pin)率檢(jian)測裝(zhuang)置。

　　進(jin)一步(bu)的研(yan)究還(hai)需要(yao)制作(zuo)旋渦(wo)發生(sheng)體實(shi)物,在(zai)實際(ji)的大(da)口徑(jing)管道(dao)上驗(yan)證方(fang)案的(de)可行(hang)性,測(ce)試其(qi)抗振(zhen)動性(xing)、重複(fu)性㊙️等(deng)。

以上(shang)内容(rong)源于(yu)網絡(luo)，如有(you)侵權(quan)聯系(xi)即删(shan)除!