脈動(dòng)流對(duì)水工業(yè)流量測(cè)量的影響
| 1引言 流量計(jì)實(shí)流校準(zhǔn)時(shí)的參比條件是流動(dòng)狀態(tài)必須為定常流（穩(wěn)定流）。所謂定常流就是流場(chǎng)中各點(diǎn)處的流速、壓力、密度和溫度等諸參數(shù)不隨時(shí)間變化的一種流動(dòng)狀態(tài)。 真正的定常流只有層流條件下才存在，大多數(shù)工業(yè)管流為紊流（也稱湍流）狀態(tài)，其流動(dòng)參數(shù)在與時(shí)間無關(guān)的平均值附近隨時(shí)間有微小的變化，只能稱“統(tǒng)計(jì)定常流”或“平均定常流”。如果這種波動(dòng)類似于充分發(fā)展的管流，而且無周期脈動(dòng)，就像ISO5167－1中規(guī)定的那樣，則儀表顯示的瞬時(shí)流量與正常測(cè)量不確定度應(yīng)該無任何差異。 如果流動(dòng)流體的某個(gè)參數(shù)如流速、壓力、密度、溫度等不斷地隨時(shí)間變化，就稱非定常流。如果測(cè)量管段中地流量雖為時(shí)間的函數(shù)，但在足夠長的時(shí)間間隔內(nèi)的平均值是一個(gè)常數(shù)，則稱這種流動(dòng)為（具有恒定平均值的）脈動(dòng)流。它是非定常流中的一種流動(dòng)狀態(tài)， 脈動(dòng)流可分為周期性脈動(dòng)流和隨機(jī)波動(dòng)脈動(dòng)流。有關(guān)文獻(xiàn)中討論的通常指周期性脈動(dòng)流。 2脈動(dòng)流的發(fā)生 流動(dòng)脈動(dòng)流常見于工業(yè)管流，它可能又旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式原動(dòng)機(jī)、壓氣機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、泵產(chǎn)生，帶翼的旋轉(zhuǎn)機(jī)械也能以葉片通過頻率產(chǎn)生小的脈動(dòng)。有的容積式流量計(jì)也能產(chǎn)生脈動(dòng)。振動(dòng)引起的共振，管道運(yùn)行和控制系統(tǒng)的振蕩，閥門“獵振（hunting）、管道配件、閥門或旋轉(zhuǎn)機(jī)械引起的流動(dòng)分離，也是流動(dòng)脈動(dòng)可能的來源。流動(dòng)脈動(dòng)還可能有流量系統(tǒng)和多相流引起的流體動(dòng)力學(xué)振蕩所引發(fā)。例如流體流過測(cè)溫保護(hù)管，如同流過渦街流量計(jì)的旋渦發(fā)生體而產(chǎn)生渦列；在三通連接的流路中，自激引起流體振蕩等。 從現(xiàn)場(chǎng)儀表指示往往看不出工業(yè)管流中脈動(dòng)的存在，這是因?yàn)槠匠Ｊ褂玫?a >流量計(jì)、壓力計(jì)響應(yīng)較慢，而且設(shè)有阻尼，但事實(shí)上，流動(dòng)脈動(dòng)可能是存在的。脈動(dòng)還可以從上游傳遞到下游，也可以從下游回溯到上游，所以脈動(dòng)源可能在流量計(jì)的上游影響其示值，也可能在流量計(jì)的下游影響其示值。然而從脈動(dòng)源到流量計(jì)的距離增大能使脈動(dòng)衰減，幅值變小?？梢酝ㄟ^可壓縮性效應(yīng)（包括氣體和液體），使之衰減到在流量計(jì)安裝地點(diǎn)探測(cè)不到脈動(dòng)幅值。 流動(dòng)脈動(dòng)頻率范圍從若干分之一赫到數(shù)百赫，脈動(dòng)幅值從平均流量的百分之幾到百分之一百，甚至更大，都是可能的。在脈動(dòng)幅值小的時(shí)候，往往難以區(qū)別脈動(dòng)流和紊流。 脈動(dòng)流的主要參數(shù)有脈動(dòng)幅值、脈動(dòng)頻率和脈動(dòng)波形。其中，脈動(dòng)幅值多用流速波動(dòng)均方根值與時(shí)均流速之比來表示。 3穩(wěn)定流閾值 目前工業(yè)上常用流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都指明流量計(jì)只能用于穩(wěn)定流，它是流量計(jì)基本誤差參比條件之一。實(shí)際上，各類流量計(jì)應(yīng)用穩(wěn)定流都有一個(gè)閾值，即允許的非定常流的界限值。 （1）差壓式流量計(jì) 差壓式流量計(jì)在下式的流速脈動(dòng)幅值可界定為穩(wěn)定流。   式中  ——流速波動(dòng)均方根值； ——瞬時(shí)軸向流速； ——流速波動(dòng)值； ——時(shí)均軸向流速。等效的差壓脈動(dòng)閾值為  /   式中  ——差壓波動(dòng)均方根值；
（2）渦輪流量計(jì) 在給定的流速脈動(dòng)幅值條件下，隨著脈動(dòng)頻率的增高，渦輪流量計(jì)讀數(shù)趨于升高。對(duì)于正弦波動(dòng)脈動(dòng)，產(chǎn)生0.1％系統(tǒng)誤差所對(duì)應(yīng)的脈動(dòng)是3.5％，所以正弦脈動(dòng)的閾值為 通常激光多普勒和熱量風(fēng)速表能測(cè)定流速脈動(dòng)幅值。如果流量計(jì)輸出脈沖頻率是已知的，而且渦輪慣性也是已知的，則可由流量計(jì)顯示的脈動(dòng)幅值推算實(shí)際流量脈動(dòng)幅值，并估算校正系數(shù)[1>。 （3）渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)的旋渦剝離過程隨流動(dòng)脈動(dòng)產(chǎn)生很大誤差。當(dāng)脈動(dòng)頻率接近旋渦剝離頻率時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問題。但在脈動(dòng)幅值足夠小的條件下，因?yàn)槊}動(dòng)被忽略，因此不發(fā)生測(cè)量誤差。此界限幅值只有平均流速3％[2>，類似于流速擾動(dòng)幅值。 |
——時(shí)均差壓；
——脈動(dòng)條件下瞬時(shí)差壓；
——差壓波動(dòng)值。
