摘(zhāi)要(yào):基于渦(wō)街理論,分别對(duì)圓形(xíng)阻流體、正(zhèng)方形阻(zǔ)流體和三角形阻流體(tǐ)所形(xíng)成的渦街(jiē)場進(jìn)行仿真研(yán)究,同時(shí)對(duì)三種阻流體(tǐ)對應的(de)渦街流量計 進(jìn)行數(shù)值仿真,分(fèn)析(xī)流量計(jì)中應變片(piàn)對三種阻(zǔ)流體流場壓力(lì)和速度的(de)影響(xiǎng).結果表明(míng)，應變(biàn)片改(gǎi)變了流場(chǎng)振蕩的(de)頻(pín)率(lǜ),三角形渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計的壓力損失(shī)最小.
0引言
　　渦街(jiē)是在一定(dìng)條件(jiàn)下的(de)定常流繞過阻流體(tǐ)時,物體兩(liǎng)側周期性(xìng)地脫落出旋轉方(fāng)向相(xiàng)反、排列(liè)規則的雙列線渦.渦(wō)流的(de)産生(shēng)使得阻(zǔ)流(liú)體兩(liǎng)側流(liú)體的(de)瞬間(jiān)速(sù)度和壓力不(bú)同，因(yīn)此(cǐ)使阻(zǔ)流(liú)體發生振(zhèn)動.渦街流量計(jì)通過(guò)嵌人到流體中(zhōng)的漩(xuán)渦發生體(tǐ)得到産(chǎn)生(shēng)的交(jiāo)替漩(xuán)渦的頻率(lǜ),通過頻(pín)率(lǜ)與流(liú)速成正比的關(guān)系來測(cè)量(liàng)流速(sù).
　　本文(wén)基(jī)于渦街(jiē)理論,分别(bié)對圓柱阻流(liú)體,正方(fāng)阻流(liú)體和(hé)三角形阻流體三者(zhě)進行數值模拟(nǐ),并且對三(sān)種阻(zǔ)流體對(duì)應(yīng)的渦(wō)街流(liú)量計中的(de)壓電傳感器片(piàn)對流場的壓力(lì)、速度(dù)等參數的影響進行分析(xī).
1數值模(mó)型(xíng)
　　圖1所(suǒ)示方形渦街流(liú)量計(jì)的計(jì)算流場圖，流場中繞(rào)流體中(zhōng)心距流場入(rù)口距離設(shè)爲l=0.2m,.阻流體迎風(fēng)寬度設爲w=0.04m,流場(chǎng)速度設(shè)爲(wèi)0.01m/s.
 

　　數值計算滿足(zú)質量(liàng)、動量、能(néng)量守恒(héng)方程,如方程(1)、(2)和(hé)(3)所示.選(xuǎn)擇(zé)隐式非穩态模型，采(cǎi)用有限(xiàn)體積法(fǎ)中的simplec(semi-implicitmethodforpressure-linkedequationsconsistent)協調性壓(yā)力(lì)耦合(hé)方程組(zǔ)的半隐式，計(jì)算采用二階(jiē)迎風(fēng)格式(shì)。
 
2數(shù)值模型三種阻流(liú)體和(hé)對應(yīng)流量計算(suàn)結果及分(fèn)析(xī)
　　本(běn)文針對圓形、正(zhèng)方形和(hé)三角形(xíng)三種阻流(liú)體分(fèn)别進行壓(yā)力和(hé)速度的(de)分析,并(bìng)對流場中(zhōng)中心線上(shàng)的(de)壓力和(hé)速度變(biàn)化(huà)進行具體闡述.
2.1三種(zhǒng)阻流(liú)體壓力流場分析
　　圖(tú)2爲三(sān)種阻(zǔ)流體渦街(jiē)場和(hé)渦街流量(liàng)計流場總壓力(lì)分布(bù)雲圖.由圖(tú)所示,圓(yuán)形阻流體後部(bù)流場中(zhōng)漩渦(wō)交(jiāo)替分布比較有規(guī)律,渦(wō)街現象明顯.對(duì)于正方形(xíng)阻流(liú)體,距離阻流體(tǐ)較近時(shí)，仍能看到比較明顯的(de)漩渦分布，而後(hòu)漩渦逐漸(jiàn)散開.對于(yú)三角形阻(zǔ)流體,低壓(yā)漩渦形(xíng)狀(zhuàng)比較圓整(zhěng)，漩渦分布比正(zhèng)方形阻流體規則.另外，不(bú)同形狀阻流體的分(fèn)離點(diǎn)不(bú)同，圓柱(zhù)沒有(yǒu)其固定(dìng)分(fèn)離點，整個半圓面都可(kě)以(yǐ);正方形的分離點則(zé)會出現在前方(fāng)尖點(diǎn)及附近邊或者後方尖點(diǎn)及附近邊;三角(jiǎo)形則有其固定(dìng)分離點，主要集(jí)中在前(qián)方兩(liǎng)個尖點及(jí)其附近的邊(biān)上(shàng).對于渦(wō)街流(liú)量計流場，由于應變(biàn)片在(zài)阻流體後(hòu)的加入,改(gǎi)變(biàn)了流場中擾動(dòng)的頻率(lǜ)，三種(zhǒng)不同流量(liàng)計的流場中頻(pín)率均(jun1)變低，這是(shì)因爲液(yè)體(tǐ)在遇到金屬應(yīng)變片(piàn)之前還未形成(chéng)規(guī)則(zé)的漩渦，在(zài)金屬應變片(piàn)邊緣發生(shēng)剝離，由(yóu)于三種(zhǒng)阻流體(tǐ)的剝(bāo)離(lí)點影響(xiǎng),低(dī)壓場(chǎng)的範圍(wéi)三角(jiǎo)形最大，正(zhèng)方形次之，圓形(xíng)最小(xiǎo)。
 
　　由(yóu)圖可以(yǐ)看出，阻流(liú)體前(qián)端(duān)的壓力(lì)保持(chí)恒定，而後在阻(zǔ)流體和應(yīng)變片之間流(liú)場，壓力急劇下降，形成(chéng)局部低壓區.正(zhèng)方形渦街流(liú)量(liàng)計壓力變化應(yīng)變片的後(hòu)端波(bō)動較大(dà)，圓形渦(wō)街流量計次之(zhī),三角形渦街流量計應變片後(hòu)的壓力變(biàn)化比(bǐ)較平穩。
2.2三種阻流體流場中心(xīn)線速度分析(xī)
　　圖(tú)3爲三種阻流體渦街(jiē)流場(chǎng)中心(xīn)線速度(dù)分布,以(yǐ)流場左側人口(kǒu)爲位置初(chū)始點，橫坐标爲(wèi)中心(xīn)線上各點(diǎn)到初始點(diǎn)的距(jù)離，縱(zòng)坐标爲速(sù)度大(dà)小.由圖可以看(kàn)出，初(chū)始流速大(dà)小相同，當遇到阻流(liú)體(tǐ)時(shí)，流速(sù)急速(sù)下降，在阻(zǔ)流體中(zhōng)心(xīn)點(diǎn)0.2m前後對應的兩個(gè)位置處速(sù)度降爲0,形成(chéng)速(sù)度駐(zhù)點.比較不同阻(zǔ)流體,對于(yú)圓形(xíng)阻流(liú)體，阻(zǔ)流體(tǐ)後的流(liú)速發生(shēng)周期振蕩(dàng)并有(yǒu)上揚(yáng)趨勢;對于(yú)正方(fāng)形阻流體(tǐ),阻流體後(hòu)的流速發生一定振蕩;對(duì)于三角形(xíng)阻(zǔ)流體，阻(zǔ)流體(tǐ)後的流速振蕩(dàng)比較明顯.這表明阻流體在流場中引(yǐn)起(qǐ)的擾(rǎo)動比(bǐ)較大(dà),使得(dé)阻流體後(hòu)的速(sù)度發生不(bú)規則振蕩.
 
　　圖4爲三種阻流(liú)體渦街流(liú)量計流場中心線速(sù)度分布.在(zài)渦街流量計流(liú)場中,流速(sù)在阻(zǔ)流體前(qián)急(jí)劇下降,阻流體前後(hòu)對應的兩(liǎng)個位置處(chù)爲速度駐(zhù)點,并在應變片前部(bù)形成(chéng)了新(xīn)的速度駐點.與(yǔ)圖3相比，阻流體(tǐ)前流(liú)速變(biàn)化相同，由于應(yīng)變片(piàn)的嵌(qiàn)人,後(hòu)部的(de)流速震蕩頻率(lǜ)變低(dī),并且渦街流量計流(liú)場的最大速度和平(píng)均速(sù)度要比對(duì)應的阻流體渦(wō)街場小對于圓(yuán)形阻流體流量計流場(chǎng)，應(yīng)變片(piàn)後部的(de)速度振蕩頻(pín)率(lǜ)約爲渦(wō)街流場的(de)一-半(bàn).對于正方形阻(zǔ)流體,應(yīng)變片後(hòu)最高(gāo)速度的位置從0.83m提前至0.7m處(chù).對于(yú)三(sān)角形阻流體(tǐ),應變片後的流(liú)速明(míng)顯變(biàn)得平(píng)滑,尤其是從(cóng)0.4m開(kāi)始,振蕩周(zhōu)期變大,同(tóng)時速度在0.65m處爲最大(dà)值，随後逐漸下(xià)降.
2.3三(sān)種阻流體(tǐ)壓力損失
　　表1所(suǒ)示爲不同阻(zǔ)流(liú)體壓(yā)力損失計算值(zhí),由表可以(yǐ)看出,相同條件下,不同(tóng)形狀的(de)阻流體的(de)流場中,對應的(de)壓力(lì)損失是不同的(de).圓形(xíng)阻流體所(suǒ)産生的壓(yā)力損(sǔn)失最大,正方形(xíng)次之，三(sān)角(jiǎo)形阻流體的渦街場(chǎng)壓力(lì)損失最小.比較(jiào)不(bú)同形狀(zhuàng)阻流體流(liú)量計(jì)可以看到，圓形(xíng)阻流體流(liú)量計(jì)流場的(de)壓力損(sǔn)失最大,三(sān)角形阻流體的壓力(lì)損失最小(xiǎo).結果(guǒ)顯示,壓力損失(shī)變化趨勢與三(sān)種(zhǒng)阻流體壓力(lì)損失變(biàn)化(huà)相同,壓力應變片的(de)嵌人，隻(zhī)是略微(wēi)增加(jiā)了壓力損(sǔn)失,并(bìng)沒有(yǒu)改變(biàn)三種(zhǒng)阻流體壓(yā)力損失之(zhī)間的大小對比(bǐ)關系(xì).在三(sān)種不同形狀阻流體流量(liàng)計中,三角(jiǎo)形渦(wō)街流(liú)量計(jì)的壓(yā)力損失(shī)最小。
 
3結論
(1)在(zài)相同條件(jiàn)下,圓(yuán)形(xíng)繞流體(tǐ)仿真場(chǎng)可以(yǐ)得到規律的(de)渦街現象.不同形狀(zhuàng)阻流(liú)體的分離點不同,圓(yuán)柱沒(méi)有其固定(dìng)分離(lí)點,整個半(bàn)圓面(miàn)都可(kě)以;正(zhèng)方形的分(fèn)離點(diǎn)則會(huì)出(chū)現(xiàn)在前方尖(jiān)點及(jí)附近或者(zhě)後方尖點(diǎn)及附(fù)近;三角形(xíng)則有其固(gù)定分離點(diǎn),主要集(jí)中(zhōng)在前(qián)方兩個尖點及其附(fù)近的邊上(shàng);
(2)渦街流量(liàng)計的阻流(liú)體和傳感器應變片之間(jiān)會形成(chéng)一片低(dī)速低(dī)壓局部場,渦街流(liú)量(liàng)計流(liú)場的最大(dà)速度(dù)和(hé)平均速度要(yào)比對(duì)應的(de)阻(zǔ)流(liú)體渦(wō)街(jiē)場(chǎng)小;
(3)三種不同渦街流(liú)量計的振蕩頻率要低于(yú)對應(yīng)的渦街場,比(bǐ)較(jiào)不同形狀(zhuàng)阻流(liú)體渦街流量計(jì)，三角(jiǎo)形渦(wō)街流量計的壓力損(sǔn)失爲(wèi)最小(xiǎo).

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