脉动流对水工业流量测量的影响

1引言 
  流量计实流校准时的参比条件是流动状态必须为定常流（稳定流）。所谓定常流就是流场中各点处的流速、压力、密度和温度等诸参数不随时间变化的一种流动状态。
  真正的定常流只有层流条件下才存在，大多数工业管流为紊流（也称湍流）状态，其流动参数在与时间无关的平均值附近随时间有微小的变化，只能称“统计定常流”或“平均定常流”。如果这种波动类似于充分发展的管流，而且无周期脉动，就像ISO5167－1中规定的那样，则仪表显示的瞬时流量与正常测量不确定度应该无任何差异。
   如果流动流体的某个参数如流速、压力、密度、温度等不断地随时间变化，就称非定常流。如果测量管段中地流量虽为时间的函数，但在足够长的时间间隔内的平均值是一个常数，则称这种流动为（具有恒定平均值的）脉动流。它是非定常流中的一种流动状态，
  脉动流可分为周期性脉动流和随机波动脉动流。有关文献中讨论的通常指周期性脉动流。
2脉动流的发生
   流动脉动流常见于工业管流，它可能又旋转式或往复式原动机、压气机、鼓风机、泵产生，带翼的旋转机械也能以叶片通过频率产生小的脉动。有的容积式流量计也能产生脉动。振动引起的共振，管道运行和控制系统的振荡，阀门“猎振（hunting）、管道配件、阀门或旋转机械引起的流动分离，也是流动脉动可能的来源。流动脉动还可能有流量系统和多相流引起的流体动力学振荡所引发。例如流体流过测温保护管，如同流过涡街流量计的旋涡发生体而产生涡列；在三通连接的流路中，自激引起流体振荡等。
   从现场仪表指示往往看不出工业管流中脉动的存在，这是因为平常使用的流量计、压力计响应较慢，而且设有阻尼，但事实上，流动脉动可能是存在的。脉动还可以从上游传递到下游，也可以从下游回溯到上游，所以脉动源可能在流量计的上游影响其示值，也可能在流量计的下游影响其示值。然而从脉动源到流量计的距离增大能使脉动衰减，幅值变小。可以通过可压缩性效应（包括气体和液体），使之衰减到在流量计安装地点探测不到脉动幅值。
  流动脉动频率范围从若干分之一赫到数百赫，脉动幅值从平均流量的百分之几到百分之一百，甚至更大，都是可能的。在脉动幅值小的时候，往往难以区别脉动流和紊流。
  脉动流的主要参数有脉动幅值、脉动频率和脉动波形。其中，脉动幅值多用流速波动均方根值与时均流速之比来表示。

3稳定流阈值 
   目前工业上常用流量计标准规范都指明流量计只能用于稳定流，它是流量计基本误差参比条件之一。实际上，各类流量计应用稳定流都有一个阈值，即允许的非定常流的界限值。
   （1）差压式流量计  差压式流量计在下式的流速脉动幅值可界定为稳定流。 
 
 
式中    ——流速波动均方根值；
      ——瞬时轴向流速；
       ——流速波动值；
       ——时均轴向流速。
等效的差压脉动阈值为
         /  
       
式中   ——差压波动均方根值；

——时均差压；

——脉动条件下瞬时差压；

——差压波动值。

（2）涡轮流量计  在给定的流速脉动幅值条件下，随着脉动频率的增高，涡轮流量计读数趋于升高。对于正弦波动脉动，产生0.1％系统误差所对应的脉动是3.5％，所以正弦脉动的阈值为               

                     
 通常激光多普勒和热量风速表能测定流速脉动幅值。如果流量计输出脉冲频率是已知的，而且涡轮惯性也是已知的，则可由流量计显示的脉动幅值推算实际流量脉动幅值，并估算校正系数[1>。 
  （3）涡街流量计   涡街流量计的旋涡剥离过程随流动脉动产生很大误差。当脉动频率接近旋涡剥离频率时，会出现严重问题。但在脉动幅值足够小的条件下，因为脉动被忽略，因此不发生测量误差。此界限幅值只有平均流速3％[2>，类似于流速扰动幅值。