涡街流量计在蒸汽、空气及水三种介质下的仿真实验，蒸汽作为一种重要的二次清洁能源，在电厂、石油化工、食品、机械加工等工业生产领域和人民的日常生活中占据了越来越重要的地位。为了提高蒸汽的计量水平，研究者开发了标准孔板、喷嘴以及涡街流量计等多种类型的蒸汽仪表，而在众多类型蒸汽仪表中，涡街流量计以其结构简单、测量范围宽、压损小、测量时无可动件等优点在蒸汽计量中得到快速的推广和使用。                          涡轮流量计,气体涡轮流量计,流量计厂家随着计算机技术的飞速发展，采用数值仿真的方法研究流体流场能够实时、直观地观察到流场的变化，对研究流场具有很强的指导意义。近几年来，不少学者利用计算机仿真对涡街流量计特性进行了大量研究，然而受蒸汽高温高压特性和蒸汽实流标定装置的限制，目前还缺乏对涡街流量计在蒸汽介质下的特性研究，本文研究的重点就是利用Fluent软件对涡街流量计进行蒸汽、空气和水三种介质下的仿真研究，并与实验数据进行对比分析，找到不同介质对涡街流量计特性的影响规律。1 涡街流量计涡街流量计（又称旋涡流量计）是根据“卡门涡街”原理研制成的流体振荡式流量测量仪表。所谓“卡门涡街”现象就是在测量管道流动的流体中插入一根（或多根）迎流面为非流线型的旋涡发生体，当雷诺数达到一定值时，从旋涡发生体下游两侧交替地分离释放出两串规则的交错排列的旋涡，这种旋涡称为卡门涡街。在一定雷诺数范围内，旋涡的分离频率与旋涡发生体的几何尺寸、管道的几何尺寸有关，旋涡的频率正比于管道流体流量，并可由各种型式的传感器检出，涡街流量计工作原理如图1所示。U—被测介质来流的平均流速；U1—发生体两侧的平均流速；d—发生体迎流面的宽度；D—管道直径。图1 涡街流量计工作原理图卡门涡街频率计算公式为：式中：f为旋涡频率；Sr为斯特劳哈尔数；m为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比，不可压缩流体中，由于流体密度ρ不变，由连续性方程可得到m=U/U1。由此可得体积流量qv为：所以涡街流量计的仪表系数K可表示为：不同介质对涡街流量计性能的影响最终体现在仪表系数的差异上，所以本文使用Fluent软件建立涡街流量计的几何模型，然后对不同介质下的流场进行仿真分析，并仿真得到不同介质下的仪表系数，最终通过实验验证得到空气和水作为替代介质导致的与蒸汽实流标定得到的仪表系数的差异。2 仿真模型与条件的设定2.1 仿真模型选择DN100口径的涡街流量计进行研究，利用Gambit软件建立涡街流量计几何模型并划分网格，涡街流量计发生体横截面网格如图2所示。Gx—轴向坐标；Gy—纵坐标；Gz—横坐标。图2 涡街流量计发生体横截面网格图为了提高计算效率，涡街发生体处重点加密，其他区域适当的稀疏。从图2可以看出，涡街发生体所处流场网格均匀加密。通过加密画法，靠近涡街发生体的横截面网格较密，远离涡街发生体而靠近管壁的网格较稀疏。2.2 仿真条件设定仿真选择三种流体材质，分别为空气和蒸汽两种可压缩流体以及不可压缩的水，在Fluent中空气和蒸汽材质通过设定气体的密度选项来实现。对于不可压缩流体选择的密度为常数；空气介质选择默认密度1.225kg/m3，其密度设定为理想气体，在迭代计算的过程中，根据气体状态方程压强的变化修正流体的密度；蒸汽介质的密度根据IF－97公式，利用UDF编程设置。仿真模型选择RNGk－ε双方程湍流模型，该模型可以很好地处理高应变率以及流线弯曲程度较大的流体流动，非常适合具有旋涡脱落现象的涡街流场仿真。 以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置）已统领流量领域近百年，其优点是已经标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不高从而影响到准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。    为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、弯管等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部某一个问题，并没有从根本上彻底解决所有问题，这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展：塔形流量计出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃”。   V锥流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国内外10多年的应用和多次测试，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，V形内锥节流装置由一种非标准节流装置晋升为标准节流装置，即随着国家关于V形内锥节流装置的标准的出台，它必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。
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