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摘要:利用計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算仿真方法，對渦街流量計(jì)以水為介質(zhì)進(jìn)行了仿真分析，得到一些流場分析結(jié)果。 由渦街流量計(jì)測量原理可知，只要在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上測得儀表系數(shù)K,就可以得到流量。
1仿真數(shù)學(xué)模型與邊界條件
1.1仿真數(shù)學(xué)模型
　　當(dāng)介質(zhì)為水時(shí)，由雷諾數(shù)可知，在裝置的整個(gè)流量范圍內(nèi)，流量計(jì)內(nèi)部的流動為湍流流動。采用K-ε湍流模型，結(jié)合三維不可壓縮黏性流體的N-S方程，建立封閉方程組。
　　其中湍流動能K的輸運(yùn)方程和湍流耗散率ε的輸運(yùn)方程分別為
 
　　其中湍流運(yùn)動黏性系數(shù)ʋt與湍流動能產(chǎn)生項(xiàng)P分別為
 
　　式中:u一流體在軸向坐標(biāo)x的速度;ʋ一流體在徑向坐標(biāo)r下的速度。
　　以上4組方程使用CFD仿真軟件進(jìn)行壓力-速度耦合，用有限體積法進(jìn)行離散處理，壓力采用砌體力加權(quán)離散格式，動量、湍動能與湍動能耗散率均采用二階迎風(fēng)離散格式。
1.2仿真物理模型
　　選擇DN50口徑的渦街流量計(jì)，利用StarCCM軟件建立渦街流量計(jì)幾何模型并劃分網(wǎng)格，渦街流量計(jì)發(fā)生體橫截面網(wǎng)格如圖1所示。
 
　　為了提高計(jì)算效率,渦街發(fā)生體處重點(diǎn)加密,其他區(qū)域適當(dāng)稀疏。由圖1可知，渦街發(fā)生體所處流場網(wǎng)格均勻加密。通過加密畫法，靠近渦街發(fā)生體的橫截面網(wǎng)格較密，遠(yuǎn)離渦街發(fā)生體而靠近管壁的網(wǎng)格較稀疏。
2.2仿真條件設(shè)定
　　目前仿真僅選擇不可壓縮的水為介質(zhì)，對于不可壓縮流體水密度以實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果為依據(jù)。模型選擇RNGk-ε雙方程湍流模型，該模型可以很好地處理高應(yīng)變率以及流線彎曲程度較大的流體流動，非常適合具有旋渦脫落現(xiàn)象的渦街流場仿真。
2流場仿真分析
　　影響渦街流量計(jì)旋渦頻率的是發(fā)生體兩側(cè)的流速U;和發(fā)生體的結(jié)構(gòu)，由于發(fā)生體結(jié)構(gòu)尺寸是固定的，因此頻率只與U相關(guān)，需要觀測在相同人口流速U條件下的U變化來得到頻率的變化。而速度的變化必然會導(dǎo)致流體密度的變化，因此可觀測發(fā)生體兩側(cè)的密度云圖，從而判斷可壓縮性對渦街流量計(jì)流速U,的影響，通過仿真得到不可壓縮流體水的靜壓云圖(見圖2)、不可壓縮流體水的速度云圖(見圖3)。
 
 
　　為判斷是否為充分發(fā)展流動，特測量Y軸方向的力(見圖4、圖5) 由圖4、圖5可知，經(jīng)過一段時(shí)間后流場處于穩(wěn)定狀態(tài)。對圖5中靜壓數(shù)值進(jìn)行快速傅立葉變換，得到3種介質(zhì)下的旋渦脫離頻率圖(見圖6)。
 
　　通過讀取圖6不可壓縮流體水的旋渦脫落頻率圖最高點(diǎn)的頻率，可得到水旋渦脫落頻率為340Hz。
3結(jié)束語
　　利用軟件實(shí)現(xiàn)了渦街流量計(jì)在不可壓縮流體水的流場仿真，根據(jù)卡門渦街的產(chǎn)生機(jī)理，仿真出渦街流量計(jì)在不可壓縮流體水下的頻率值，為下一步進(jìn)行空氣、蒸汽計(jì)量打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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