摘要(yao):利用(yong)計(ji)算(suan)流體(ti)力學數值計算(suan)仿真方法(fa)，對渦街流量計 以水(shui)爲介(jie)質進(jin)行了(le)仿真(zhen)分(fen)析，得到(dao)一些流(liu)場(chang)分析結果。 由(you)渦(wo)街流(liu)量計測量(liang)原理(li)可知，隻(zhi)要在流(liu)量标(biao)準(zhun)裝置上(shang)測得(de)儀表系數(shu)K,就可(ke)以(yi)得到流量。
1仿(pang)真數(shu)學模(mo)型與邊界條件
1.1仿真(zhen)數學模型(xing)
　　當介質(zhi)爲(wei)水時，由雷(lei)諾(nuo)數(shu)可知(zhi)，在裝(zhuang)置的(de)整個(ge)流量(liang)範圍(wei)内，流(liu)量計(ji)内(nei)部的流(liu)動爲湍流流動(dong)。采用K-ε湍流(liu)模型(xing)，結合三維(wei)不可(ke)壓縮黏(nian)性(xing)流體(ti)的N-S方程，建立封(feng)閉方程(cheng)組(zu)。
　　其中(zhong)湍流動能K的輸(shu)運方程(cheng)和湍流(liu)耗散(san)率ε的輸運(yun)方程分(fen)别爲
 
　　其(qi)中湍流運動黏(nian)性系數ʋt與湍流(liu)動能(neng)産生項P分(fen)别爲
 
　　式(shi)中(zhong):u一流(liu)體在軸向(xiang)坐标(biao)x的速度;ʋ一(yi)流體在徑(jing)向坐(zuo)标r下(xia)的速度。
　　以(yi)上4組方程使用(yong)CFD仿真(zhen)軟件進行(hang)壓力(li)-速度(du)耦合(he)，用有(you)限體(ti)積(ji)法(fa)進行離散處理(li)，壓力(li)采用砌體(ti)力加(jia)權離散格式，動(dong)量、湍動(dong)能(neng)與湍(tuan)動能耗散率均(jun)采用二階(jie)迎風(feng)離散格式。
1.2仿真(zhen)物理模型(xing)
　　選擇DN50口徑的(de)渦街流(liu)量計，利(li)用(yong)StarCCM軟件建立(li)渦街流量(liang)計幾(ji)何(he)模型并(bing)劃分(fen)網格，渦街(jie)流量計發生體(ti)橫截面網格如(ru)圖1所示。
 
　　爲(wei)了提(ti)高計算效(xiao)率,渦(wo)街(jie)發(fa)生體(ti)處重點(dian)加密,其(qi)他區域适(shi)當稀(xi)疏。由(you)圖(tu)1可知，渦(wo)街發生體所處(chu)流場(chang)網格均勻(yun)加密。通(tong)過(guo)加密(mi)畫法(fa)，靠近渦街(jie)發生(sheng)體的橫截(jie)面網(wang)格(ge)較密，遠(yuan)離渦(wo)街(jie)發生體而靠(kao)近(jin)管壁的(de)網格較(jiao)稀(xi)疏。
2.2仿真條件設定
　　目(mu)前仿(pang)真僅選擇不可壓縮(suo)的水(shui)爲介質(zhi)，對(dui)于不(bu)可壓(ya)縮流(liu)體水(shui)密度以(yi)實驗室(shi)測量(liang)結果(guo)爲依(yi)據。模型選(xuan)擇RNGk-ε雙方程(cheng)湍流模型(xing)，該模(mo)型(xing)可(ke)以很(hen)好地處理高應(ying)變率以(yi)及(ji)流線(xian)彎曲(qu)程度(du)較大(da)的流(liu)體流(liu)動，非(fei)常适合(he)具(ju)有旋(xuan)渦脫(tuo)落現(xian)象的(de)渦街流場(chang)仿真(zhen)。
2流場仿(pang)真分析(xi)
　　影響(xiang)渦街(jie)流量(liang)計旋渦頻(pin)率的(de)是發生體兩側(ce)的流(liu)速(su)U;和發生體的(de)結(jie)構，由于(yu)發生體結構尺(chi)寸是(shi)固(gu)定(ding)的，因(yin)此頻率隻與U相(xiang)關，需(xu)要觀測在(zai)相同人口(kou)流速U條件(jian)下的U變化(hua)來得(de)到(dao)頻(pin)率的變化(hua)。而速度的(de)變化(hua)必然(ran)會導(dao)緻流體密(mi)度的(de)變化(hua)，因(yin)此可觀測發(fa)生(sheng)體兩側(ce)的密度雲(yun)圖，從(cong)而判(pan)斷(duan)可(ke)壓縮(suo)性對(dui)渦(wo)街(jie)流量(liang)計流速(su)U,的(de)影響(xiang)，通過仿真(zhen)得到(dao)不可(ke)壓(ya)縮流體(ti)水的(de)靜壓(ya)雲圖(見圖2)、不(bu)可(ke)壓縮(suo)流體(ti)水的速度(du)雲圖(tu)(見(jian)圖(tu)3)。
 
 
　　爲判(pan)斷是否爲充分發展流動，特測(ce)量Y軸(zhou)方向的力(li)(見圖4、圖(tu)5) 由圖4、圖(tu)5可知，經過(guo)一段(duan)時間(jian)後流場處(chu)于穩(wen)定狀(zhuang)态。對圖5中(zhong)靜壓數值(zhi)進行(hang)快(kuai)速傅立(li)葉變換，得(de)到3種(zhong)介質(zhi)下的旋渦(wo)脫離(li)頻率圖(見(jian)圖6)。
 
　　通過讀(du)取圖(tu)6不可壓(ya)縮流體(ti)水的旋渦(wo)脫落(luo)頻率圖最高點(dian)的頻率(lü)，可(ke)得到(dao)水旋(xuan)渦脫落頻(pin)率爲340Hz。
3結束(shu)語
　　利用軟(ruan)件實現了(le)渦街流(liu)量(liang)計在不可壓縮流體(ti)水的流(liu)場仿真(zhen)，根據卡門(men)渦街(jie)的産生機(ji)理，仿真出(chu)渦(wo)街流量(liang)計在(zai)不可(ke)壓縮(suo)流體水下(xia)的頻(pin)率值，爲下(xia)一步(bu)進行空(kong)氣(qi)、蒸汽(qi)計量(liang)打(da)下(xia)了堅實的(de)基礎。

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