所謂脈動(dòng)流是指流體在測(cè)量區(qū)域的流速是時(shí)間的函數(shù)，但在一個(gè)足夠長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)有一個(gè)恒定的平均值，這個(gè)值取決于脈動(dòng)流的流動(dòng)規(guī)律。

真正的管道定常流只在層流中出現(xiàn)，通常其Re＜2000，大多數(shù)工業(yè)管流均有較高的Re數(shù)，且出現(xiàn)湍流現(xiàn)象。這些流體通常在速度、壓力和溫度上出現(xiàn)連續(xù)的、無(wú)規(guī)則的、隨機(jī)的波動(dòng)。導(dǎo)致波動(dòng)產(chǎn)生的原因有多種，可因旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械 ，如旋轉(zhuǎn)或往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)造成，可由工作管道的振動(dòng)，特別是共振造成，也可由流量控制器的周期性動(dòng)作和調(diào)節(jié)器的往復(fù)開(kāi)關(guān)及流體管道裝置、閥或旋轉(zhuǎn)機(jī)械分流造成，還可因流體系統(tǒng)的幾何特征而引起的流體力學(xué)振動(dòng)和多段流而引起。

脈動(dòng)流的存在會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)出現(xiàn)計(jì)量誤差，甚至不能正常工作，其中尤以差壓式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)對(duì)其*為敏感。如何校正或減少脈動(dòng)對(duì)流量測(cè)量特性的影響，是流量測(cè)量中比較重要的課題。

1、脈動(dòng)流特性參數(shù)的主要測(cè)量方法

脈動(dòng)無(wú)處無(wú)時(shí)不在，但測(cè)量卻非常困難，直接測(cè)量脈動(dòng)流幾乎是不可能的，我們通常測(cè)量出脈動(dòng)流的主要參數(shù)，如幅值、頻率和波形，然后通過(guò)這些參數(shù)分析脈動(dòng)可能給流量計(jì)造成的影響。通常主要的測(cè)量方法有非接觸方法和接觸方法。

非接觸方法包括光學(xué)方法和聲學(xué)方法。光學(xué)方法主要采用LDA，此技術(shù)可測(cè)出管軸線處的點(diǎn)速度，并對(duì)脈動(dòng)流振幅和波形作出估算，聲學(xué)方法主要采用Doppler Shift，該技術(shù)僅用于液體，其傳送器和接受器安裝在管道外壁，可據(jù)其測(cè)得的充分發(fā)展的瞬時(shí)速度剖面精確計(jì)算其脈動(dòng)特性。接觸方法主要是熱線風(fēng)速儀法，可用來(lái)測(cè)量脈動(dòng)點(diǎn)速度，它具有足夠的測(cè)量頻寬，可采用在線計(jì)算機(jī)顯示流速的*大脈動(dòng)量。

2、脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量誤差的影響

2.1誤差方程及其計(jì)算

渦輪流量計(jì)以動(dòng)量矩守恒原理為基礎(chǔ)，是一種速度式流量?jī)x表。對(duì)非穩(wěn)定流，由于轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)傳動(dòng)裝置的共振、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、脈動(dòng)流的形狀、轉(zhuǎn)子和齒輪的摩擦阻力及轉(zhuǎn)子瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩等諸多因素的影響，會(huì)使渦輪流量計(jì)產(chǎn)生很大的誤差。應(yīng)用機(jī)翼理論來(lái)分析作用在轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩，可得到其運(yùn)動(dòng)方程：

式中：J為葉片轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；θ為葉片與軸線之間的夾角；r為渦輪葉片的平均半徑；A為管道流道面積；ρ為流體密度；ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度；q為通過(guò)管道的流量。

若把脈動(dòng)流表示為q=asin2πfpt，經(jīng)分析整理，可得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動(dòng)流各參數(shù)的關(guān)系：

式中：c為穩(wěn)態(tài)時(shí)的ω值。此時(shí)其測(cè)量誤差可用下式表示：

對(duì)特定的渦輪流量計(jì)和不同的脈動(dòng)流，可編程計(jì)算出式(2)在脈動(dòng)周期內(nèi)各離散點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的ω(t)，據(jù)此可計(jì)算出渦輪流量計(jì)測(cè)量誤差E。其流程圖如圖1所示。

2.2結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致渦輪流量計(jì)產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的振幅和頻率，通過(guò)對(duì)多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：

①?gòu)那€分布的象限來(lái)看，脈動(dòng)流導(dǎo)致渦輪流量計(jì)出現(xiàn)一個(gè)正誤差。當(dāng)流體出現(xiàn)脈動(dòng)時(shí)，在加速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能引起轉(zhuǎn)子速度變慢，落后于定常流時(shí)的轉(zhuǎn)速；在減速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度加快，超過(guò)定常流時(shí)的轉(zhuǎn)速。由于加速時(shí)的影響比減速時(shí)的影響小得多，因此，脈動(dòng)流出現(xiàn)時(shí)流量計(jì)顯示的平均流速遠(yuǎn)大于平均流量，出現(xiàn)正誤差，此誤差有時(shí)*大可達(dá)50%。

②當(dāng)脈動(dòng)頻率fp小于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時(shí)，測(cè)量結(jié)果接近真值，脈動(dòng)流所引起的誤差很小。當(dāng)脈動(dòng)頻率fp大于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時(shí)，響應(yīng)失真，會(huì)引起較大誤差，且隨著頻率的增大，誤差隨著增大，*終趨于穩(wěn)定(見(jiàn)圖2和圖3)。

③當(dāng)脈動(dòng)頻率大于渦輪轉(zhuǎn)子的角加速度時(shí)，脈動(dòng)振幅的變化能引起渦輪流量計(jì)的測(cè)量誤差產(chǎn)生大的改變，此誤差隨著脈動(dòng)振幅的增大而升高，*大可達(dá)50%，但*終趨于穩(wěn)定。(見(jiàn)圖4和圖5，α為脈動(dòng)振幅與穩(wěn)態(tài)振幅之比)。

3、結(jié)論

從以上分析計(jì)算可知，脈動(dòng)流使渦輪流量計(jì)產(chǎn)生一個(gè)正的系統(tǒng)誤差，該誤差受脈動(dòng)頻率和振幅的影響。當(dāng)脈動(dòng)頻率小于角加速度時(shí)，其誤差可以認(rèn)為為零；當(dāng)脈動(dòng)振幅小于某一振幅值時(shí)，其誤差亦可認(rèn)為不影響渦輪流量計(jì)的精度。脈動(dòng)流對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響存在*限值。