一种新型涡街发生体的设计与数值仿真

　　0　引　言

　　随着科技的发展,流量测量技术己在石油、化工、水利、气象、冶金等许多部门有着广泛的应用。它与科学研究、国防建设、工业生产、日常生活有密切的关系。

　　涡街流量计是近几十年才发展起来的新型流量计,它是依据流体力学中涡街分离频率与流体流速有对应关系,捕捉涡街分离频率,再通过一些计算公式测出流体流量。

　　涡街发生体是涡街流量计的核心部件,其形状对产生涡街的质量有至关重要的作用。本文所研究的涡街发生体具有以下优点:结构简单、性能可靠、安装维护方便、适用流体种类多、可以测量液体、气体、蒸汽等流体的流量、精度高、且压损较小[1]。

　　1　涡街流量计原理

　　涡街流速计是基于卡门涡街原理研制的,在流动的流体中放置一根轴线与流向垂直的柱形体(即涡街发生体),当流体沿涡街发生体绕流时,会在涡街发生体下游产生两列不对称但有规律的交替涡列,如图1,这就是卡门涡街[2]。

　　实验证明:在一定的雷诺数Re范围内,涡街产生的频率f与流体平均流速v之间有如下关系[3]为

　　式中　v为涡街发生体两侧的平均流速,m /s;Sr为斯特劳哈尔数(常数);d为涡街发生体特征宽度,m。则流量为

　　式中　D为管道内径,m;

　　2　新型涡街发生体的设计与仿真

　　2.1　涡街发生体的基本结构

　　1)涡街发生体的基本要求

　　涡街发生体应满足以下要求[3]:

　　a.涡漩强烈,信号的信噪比高;

　　b.在较宽的雷诺数Re范围内涡街稳定,斯特劳哈尔数Sr恒定;

　　c.结构简单、调试、维修方便。

　　2)新型涡街发生体

　　常用的涡街发生体分单发生体和多发生体2种,多涡街发生体产生的涡街强度较大,但由于结构复杂,不利于量产和安装维护,实际应用中,一般采用单涡街发生体。

　　本文改进了发生体截面形状如图2,三角形的两边有向内凹的圆弧度,其尺寸比例为a∶d∶r≈2∶3∶13~4∶5∶15(r为内凹圆弧度的半径),通过仿真与分析,可以看出:它优于其他涡街发生体。

　　2.2　数值仿真与分析

　　1)流场仿真软件FLUENT

　　本文的流场数值仿真采用了计算流体力学(CFD)软件FLUENT。FLUENT具有多种优化的物理模型,针对每一种物理问题的特点,都有适合它的数值解法。FLUENT省略了人们在计算、编程、前后处理等方面重复、低效的劳动