流量計:蒸汽流量計|污水流量計|明渠式流量計|電磁流量計|靶式流量計|渦街|渦輪|流量積算儀

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6.1脈動流對流量測量的影響

6.1.1引言

   流量計實流校準時的參比條件是流動狀態必須為定常流(穩定流)。所謂定常流就是流場中各點處的流速、壓力、密度和溫度等諸參數不隨時間變化的一種流動狀態。

  真正的定常流只有層流條件下才存在,大多數工業管流為紊流(也稱湍流)狀態,其流動參數在與時間無關的平均值附近隨時間有微小的變化,只能稱“統計定常流”或“平均定常流”。如果這種波動類似于充分發展的管流,而且無周期脈動,就像ISO5167-1中規定的那樣,則儀表顯示的瞬時流量與正常測量不確定度應該無任何差異。

   如果流動流體的某個參數如流速、壓力、密度、溫度等不斷地隨時間變化,就稱非定常流。如果測量管段中地流量雖為時間的函數,但在足夠長的時間間隔內的平均值是一個常數,則稱這種流動為(具有恒定平均值的)脈動流。它是非定常流中的一種流動狀態,

  脈動流可分為周期性脈動流和隨機波動脈動流。有關文獻中討論的通常指周期性脈動流。

6.1.2脈動流的發生

   流動脈動流常見于工業管流,它可能又旋轉式或往復式原動機、壓氣機、鼓風機、泵產生,帶翼的旋轉機械也能以葉片通過頻率產生小的脈動。有的容積式流量計也能產生脈動。振動引起的共振,管道運行和控制系統的振蕩,閥門“獵振(hunting)、管道配件、閥門或旋轉機械引起的流動分離,也是流動脈動可能的來源。流動脈動還可能有流量系統和多相流引起的流體動力學振蕩所引發。例如流體流過測溫保護管,如同流過渦街流量計的旋渦發生體而產生渦列;在三通連接的流路中,自激引起流體振蕩等。

   從現場儀表指示往往看不出工業管流中脈動的存在,這是因為平常使用的流量計、壓力計響應較慢,而且設有阻尼,但事實上,流動脈動可能是存在的。脈動還可以從上游傳遞到下游,也可以從下游回溯到上游,所以脈動源可能在流量計的上游影響其示值,也可能在流量計的下游影響其示值。然而從脈動源到流量計的距離增大能使脈動衰減,幅值變小?梢酝ㄟ^可壓縮性效應(包括氣體和液體),使之衰減到在流量計安裝地點探測不到脈動幅值。

  流動脈動頻率范圍從若干分之一赫到數百赫,脈動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。在脈動幅值小的時候,往往難以區別脈動流和紊流。

  脈動流的主要參數有脈動幅值、脈動頻率和脈動波形。其中,脈動幅值多用流速波動均方根值與時均流速之比來表示。

6.1.3穩定流閾值

   目前工業上常用流量計標準規范都指明流量計只能用于穩定流,它是流量計基本誤差參比條件之一。實際上,各類流量計應用穩定流都有一個閾值,即允許的非定常流的界限值。

   (1)差壓式流量計  差壓式流量計在下式的流速脈動幅值可界定為穩定流。

式中    ——流速波動均方根值;

        * ——瞬時軸向流速;

        * ——流速波動值;

        ——時均軸向流速。

等效的差壓脈動閾值為

         /

        

式中   ——差壓波動均方根值;

——時均差壓;

——脈動條件下瞬時差壓;

——差壓波動值。

(2)渦輪流量計  在給定的流速脈動幅值條件下,隨著脈動頻率的增高,渦輪流量計讀數趨于升高。對于正弦波動脈動,產生0.1%系統誤差所對應的脈動是3.5%,所以正弦脈動的閾值為

                  

 通常激光多普勒和熱量風速表能測定流速脈動幅值。如果流量計輸出脈沖頻率是已知的,而且渦輪慣性也是已知的,則可由流量計顯示的脈動幅值推算實際流量脈動幅值,并估算校正系數[1]。

  (3)渦街流量計   渦街流量計的旋渦剝離過程隨流動脈動產生很大誤差。當脈動頻率接近旋渦剝離頻率時,會出現嚴重問題。但在脈動幅值足夠小的條件下,因為脈動被忽略,因此不發生測量誤差。此界限幅值只有平均流速3%[2],類似于流速擾動幅值。

 

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脈動流的流量測量
脈動流的流量測量(續1)
脈動流的流量測量(續2)
脈動流的流量測量(續3)

 


 


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