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  脈動(dòng)流對流量測量的影響
脈動(dòng)流對流量測量的影響
發(fā)布時(shí)間:2019/12/7 8:14:34

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)流量與正常測量不確定度應(yīng)該無任何差異。

6.1.2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?/span>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。

6.1.3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。

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。對于正弦波動(dòng)脈動(dòng),產(chǎn)生0.1%系統(tǒng)誤差所對應(yīng)的脈動(dòng)是3.5%。通常激光多普勒和熱量風(fēng)速表能測定流速脈動(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。

 

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)流量與正常測量不確定度應(yīng)該無任何差異。

6.1.2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?/span>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。

6.1.3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。

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。對于正弦波動(dòng)脈動(dòng),產(chǎn)生0.1%系統(tǒng)誤差所對應(yīng)的脈動(dòng)是3.5%。通常激光多普勒和熱量風(fēng)速表能測定流速脈動(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。

 

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