摘要:基于渦(wo)街理論,分别對圓(yuán)形阻流體、正方形(xíng)阻流體和三💯角形(xíng)阻流體所形成的(de)渦街場進行仿真(zhēn)研究,同時對三種(zhǒng)阻流體對應的渦(wō)街流量計 進行數(shu)值仿真,分析流量(liàng)計中應變片對三(san)種阻流體流場壓(ya)力✊和速度的影響(xiang).結果表明，應變片(piàn)改變♍了流場振蕩(dàng)的🛀頻率,三角形渦(wo)街流量計的壓力(lì)損失最小.
0引言
　　渦(wo)街是在一定條件(jiàn)下的定常流繞過(guo)阻流體時,物體兩(liǎng)側周期性地脫落(luo)出旋轉方向相反(fǎn)、排列規則😘的雙列(lie)線渦.渦💛流的⛱️産生(shēng)使得阻流體兩側(cè)流體的瞬間速度(du)和壓力不同，因此(cǐ)使🌐阻流體發生振(zhèn)動.渦街流量計通(tong)過嵌人到流體中(zhong)的漩渦發生體得(dé)到産生的交替漩(xuán)渦的頻率,通過頻(pín)率與流速成正比(bǐ)的關系來測量流(liú)速.
　　本文基于渦街(jiē)理論,分别對圓柱(zhu)阻流體,正方阻流(liú)體和🏃🏻三角形阻流(liu)體三者進行數值(zhi)模拟,并且對三種(zhong)阻流體對應的渦(wō)街流量計中的壓(yā)電傳感器片對流(liú)場的壓力、速度等(deng)參數的影響進行(hang)分析.
1數值模型
　　圖(tu)1所示方形渦街流(liu)量計的計算流場(chǎng)圖，流場中繞流體(ti)中❗心距流場入口(kou)距離設爲L=0.2m,.阻流體(tǐ)迎風寬度設爲👅w=0.04m,流(liú)場速度📧設爲0.01m/s.
 

　　數值(zhí)計算滿足質量、動(dong)量、能量守恒方程(cheng),如方程(1)、(2)和(3)所示.選(xuǎn)擇隐式非穩态模(mo)型，采用有限體積(ji)法中的SIMPLEC(Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquationsConsistent)協調性壓(yā)力耦合方程組的(de)半隐式，計算采用(yòng)二階✨迎風格式。
 
2數(shù)值模型三種阻流(liu)體和對應流量計(jì)算結果及分析🌂
　　本(ben)文針對圓形、正方(fang)形和三角形三種(zhǒng)阻流體分别進行(hang)壓力和✂️速度的分(fèn)析,并對流場中中(zhong)心線上的壓力和(hé)速度變化進行具(jù)體闡述.
2.1三種阻流(liu)體壓力流場分析(xī)
　　圖2爲三種阻流體(tǐ)渦街場和渦街流(liú)量計流場總壓力(lì)🌈分布雲圖.由圖所(suo)示,圓形阻流體後(hou)部流場中漩渦交(jiao)替分布比較有規(gui)律,渦街現象明顯(xian).對于正方形阻流(liu)體,距離阻流體較(jiao)近時🍉，仍能看到比(bǐ)較明顯🐉的漩渦分(fen)布，而後漩⁉️渦逐漸(jian)散開.對于三🤩角形(xing)阻流體,低壓漩渦(wo)形狀比較圓整，漩(xuan)渦分布比正方形(xíng)阻🤞流體規則.另外(wai)，不同形狀阻流體(tǐ)的分離點不👨‍❤️‍👨同，圓(yuan)柱沒有其固定分(fen)離點，整個半圓面(mian)都可以;正方形的(de)分離點則會出現(xian)在前方尖點及附(fù)近邊或者後方尖(jiān)點及附近邊;三角(jiǎo)形則有其固定分(fèn)離點，主要💔集中在(zài)前方兩個尖點及(jí)其附近的邊上♈.對(dui)于渦街流量計流(liú)場，由于應變片在(zai)🏃阻流體後的加入(ru),改變了流場中擾(rǎo)動的頻率，三種不(bu)同流量計的流場(chang)中頻率均變☂️低，這(zhè)是因爲液體在遇(yu)到金屬應變片之(zhi)前還未形成規則(ze)的漩渦，在金屬應(ying)變片邊緣發生剝(bāo)離，由于三種阻流(liú)體的剝離點影響(xiǎng)👈,低壓場的範圍三(sān)🛀角形最大，正方形(xíng)次之，圓形最小。
 
　　由(you)圖可以看出，阻流(liu)體前端的壓力保(bǎo)持恒定，而後在阻(zǔ)‼️流體和⭕應變片之(zhi)間流場，壓力急劇(jù)下降，形成局部低(di)壓區.正方形渦街(jiē)流量計壓力變化(hua)應變片☎️的後端波(bo)動較✏️大，圓形渦街(jiē)流量計次之,三角(jiǎo)形渦街流量計🏃‍♂️應(yīng)變片後的壓力變(biàn)化比較平穩。
2.2三種(zhong)阻流體流場中心(xīn)線速度分析
　　圖3爲(wei)三種阻流體渦街(jie)流場中心線速度(du)分布,以流場左🏃‍♂️側(cè)人口爲位置初始(shǐ)點，橫坐标爲中心(xin)線上各⭕點到初始(shi)點的距離，縱坐标(biāo)爲速度大小.由圖(tú)可以看出，初始流(liú)速🐕大小相同，當遇(yu)🌏到阻流體時，流速(su)急🌈速下降，在🏃🏻阻流(liú)體中心點0.2m前後🧑🏾‍🤝‍🧑🏼對(duì)應的兩個位置處(chu)速度降爲0,形成速(su)度駐點.比較不同(tong)阻流體,對于圓形(xíng)阻流體，阻🚩流體後(hòu)的流速發生周期(qī)振蕩并有上💛揚趨(qu)勢;對于正方形阻(zǔ)流體,阻流體後的(de)流速發生一定振(zhen)蕩;對于三角形阻(zu)流體，阻流體後的(de)流速振💋蕩比較明(ming)顯.這表明阻流體(ti)在流場中引起的(de)擾動比較大,使得(de)阻流🤟體後的🎯速度(dù)發生不規則振蕩(dàng).
 
　　圖4爲三種阻流體(tǐ)渦街流量計流場(chang)中心線速度分布(bu).在渦街流㊙️量計流(liu)場中,流速在阻流(liu)體前急劇下降,阻(zu)流體前後對應的(de)兩個位置處爲速(su)度駐點,并在應變(bian)💛片前部形成了新(xīn)的速度駐點.與圖(tu)3相比，阻流體前流(liú)速變化相同，由于(yú)應變片的嵌人,後(hòu)部的♉流速震蕩頻(pin)率變低,并且渦街(jiē)流量計✨流場的最(zui)大速度和平均速(su)🔴度要比對應的阻(zu)流體渦街場小對(dui)于圓形阻流體流(liu)量計流💰場，應變片(piàn)後部的速度振蕩(dang)🔅頻率約爲渦街流(liu)💃🏻場的一-半.對于正(zhèng)方⁉️形阻流體,應變(bian)片後最高速度的(de)位置從0.83m提前至0.7m處(chù).對于🌈三角形阻流(liu)體,應變片❄️後的流(liú)速明顯變得平滑(hua),尤其是從0.4m開始,振(zhen)蕩周期變大,同時(shí)速度在0.65m處爲最大(dà)值，随後逐漸下降(jiàng).
2.3三種阻流體壓力(lì)損失
　　表1所示爲不(bu)同阻流體壓力損(sǔn)失計算值,由表可(ke)以看出,相同條件(jian)下,不同形狀的阻(zǔ)流體的流場中,對(dui)應的壓力損失㊙️是(shì)不同的.圓形阻流(liú)體所産生的壓力(lì)損失最大,正♈方形(xing)次之，三角❓形阻流(liú)體的渦街場壓力(lì)損失最小.比較不(bu)同形狀阻流體流(liú)量計可以看到，圓(yuan)形阻流體流量計(ji)流場的壓力損失(shī)最大,三🔞角形阻流(liú)體的壓力損失最(zui)小.結果顯示,壓力(lì)損失變化趨勢🔴與(yu)三種阻流體壓力(lì)損失變化相同,壓(ya)力應變片的嵌人(rén)，隻是略微增加了(le)壓力損失,并沒有(you)改變三種阻流體(ti)壓力🌈損失之間的(de)大小對比關系💃🏻.在(zài)三種不同形狀阻(zu)流體‼️流量計中,三(san)角形渦街流量計(ji)的壓力損失最小(xiao)。
 
3結論
(1)在相同條件(jiàn)下,圓形繞流體仿(páng)真場可以得到規(guī)律的渦街現象.不(bú)同形狀阻流體的(de)分離點不同,圓柱(zhù)沒有其固定分離(lí)點,整個半圓面都(dou)可以;正方形的分(fen)離點則會出現在(zài)前方尖點及附近(jìn)或者後方尖點及(ji)附近;三角形則有(yǒu)其固定分離點,主(zhu)🛀🏻要集中在前方兩(liang)個尖點及其附近(jìn)的邊上;
(2)渦街流量(liang)計的阻流體和傳(chuán)感器應變片之間(jiān)會形成一🚶片低速(sù)低壓局部場,渦街(jie)流量計流場的最(zui)大😘速度和平均速(sù)度要比對應的阻(zu)流體渦街場小;
(3)三(sān)種不同渦街流量(liàng)計的振蕩頻率要(yao)低于對應的渦街(jie)場,比較💋不同形狀(zhuàng)阻流體渦街流量(liang)計，三角形渦街流(liú)量計的壓力損失(shī)爲最小.

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