柴油流量計在測量管道流體脈動（dòng）流時的特性（xìng）規律
點擊次數（shù）：2028 發布（bù）時間：2021-01-19 15:03:14
1.1脈動流的產生
脈動常見（jiàn）於工業管（guǎn）流，它（tā）多（duō）由旋轉式或（huò）往複式壓氣機、鼓風機和泵產生。有脈動輸出的（de）泵（如隔膜（mó）泵、活塞泵、電磁（cí）泵、蠕（rú）動泵等）出口的液體狀（zhuàng）態，由於泵是周期性工作，出口流量是呈脈衝狀（zhuàng）。管道（dào）中（zhōng）流體的共振和流（liú）量控製設備（bèi）的周期振蕩（dàng），例（lì）如控（kòng）製閥的振蕩，也是脈（mò）動的主要起因。流（liú）體在以較高的流（liú）速流過（guò）t型接（jiē）頭中的（de）直線管（guǎn）段時，常會引發三通（tōng）中的*三（sān）隻口內流體脈動。脈動一旦形成就會（huì）在流體中傳播（bō），不但可向脈動源的下（xià）遊傳播，也可向其上遊（yóu）傳播。脈動經一段距離的傳播常因壓縮作用而強度減弱（ruò）。
所謂脈動（dòng）流是指流體在測（cè）量區域的流速是時間的（de）函數,但在一個足夠長（zhǎng）的時間段內（nèi）有一個恒定的平（píng）均值。脈動流的存在會導致流（liú）量計出現計量（liàng）誤差,甚至不能正（zhèng）常工作。如何（hé）校正或減少脈動對流量測量特性的影響,是流量（liàng）測量中比較重要的課題。本文對柴油流量計在（zài）脈（mò）動流中的特性進行了研究。利用渦（wō）輪流量傳感器的數學模型,求出了在正弦脈動（dòng）流作用下的角（jiǎo）加速度與脈（mò）動頻率及振幅的理論關（guān）係式,通過對不同脈動（dòng）頻（pín）率和振幅下（xià）柴油流量計誤差的編程計算,總結並驗證（zhèng）了脈（mò）動流對（duì）柴油流（liú）量計誤差的影響規律。
1.2、脈動對柴油流量計流量（liàng）測量（liàng）的影響
對於有固定周期的脈動流，可用周期來描述其脈動出現的頻繁程度。一個周期有的（de）可能要（yào）數小時，有（yǒu）的可能隻需幾（jǐ）秒鍾。周期長、幅（fú）值（zhí）較（jiào）小的脈動，一般說來各種流量計都能（néng）跟蹤這種變化，同時保持（chí）它們參比條件下的準確（què）度。
周期短、幅值較大的脈動，對除（chú）容積式（shì）流量（liàng）計之外的絕大多數種類流量計都有較（jiào）顯著影（yǐng）響，出現較大誤差。
2. 1、誤差方程及其（qí）計算
應用機翼理論來分析作用在渦輪（lún）轉子上的驅動力矩和阻力矩,可得到其運動方程:
式中, J為葉片轉動（dòng）慣量, θ為葉片（piàn）與軸線之間的夾角, r 為渦輪葉片的平均半徑, A為管道流道麵（miàn）積,ρ為流（liú）體（tǐ）密度,ω為渦輪的旋轉角速度, Q為（wéi）通過管道的（de）流（liú）量。
若把脈動流表示為Q= asin2πfp t ,經分析整理,可得出渦輪旋轉（zhuǎn）加速（sù）度與脈動流各參數的（de）關係:其中, c為穩態時（shí）的（de）ω值。此時其顯示誤差可用下式（shì）表示: E= ω/c- 1對特定的柴油流量計和不同的脈動流,可編程計算出( 2)式在脈動周期內各離散點所對應（yīng）的ω( t ) , 據此（cǐ）可計算出柴油流量計顯示（shì）誤差E,並（bìng）畫出相應曲線。
2. 2 結果與分析
經過計算分析,發現導致柴油流量計產生誤差的主要因素是脈動（dòng）流的振幅和頻率,通過對多（duō）幅圖形的比較,發現有（yǒu）如下（xià）規（guī）律:
1)從曲線分布的象限來看,脈動流導致柴油（yóu）流量計（jì）出（chū）現一個（gè）正誤差。當流體存在脈動時,在加速流體中,葉片的轉動慣量能（néng）引起轉子速度變（biàn）慢,落後於（yú）定常流時的轉（zhuǎn）速; 在減速流（liú）體中,葉（yè）片的轉動慣量能導致轉子（zǐ）速度加快,超過定常流時的轉速。由於加速時的影響比減（jiǎn）速時的影響小得多,因此,脈動流存在時流量計顯示（shì）的平均流速遠大（dà）於平（píng）均流（liú）量,出現正誤差,此誤差有時*大可達50%。
2)當脈動頻率fP小於渦輪轉子的角頻率ω時,柴油流量計類（lèi）似輸入（rù）脈衝（chōng）,測量結果（guǒ）接（jiē）近真值,脈動（dòng）流（liú）所引起的誤差很小。當脈（mò）動頻率fP 大於渦輪轉子的角頻率ω時,響應失真,會引起較大誤差,且隨著頻率（lǜ）的增大,誤差隨著增大,*終趨於穩定(如圖1,圖2)。
3)當脈動頻率大於渦輪轉子的（de）角加速度時,頻率（lǜ）脈動（dòng）振幅的變化能引起柴油流量（liàng）計的測量誤差產生大的改變,此誤差隨（suí）著脈動振幅的增大（dà）而升高（gāo）,*大可達50% ,但*終趨於穩定(如圖3,圖4, a 為脈動振幅與穩態振幅之（zhī）比)。
3、結論
從以上分（fèn）析計算可知,脈動流使柴油流量計產生一個正的係統誤差,該誤差受脈動頻率和振幅（fú）的影響。當脈動（dòng）頻率小於角加速度時（shí）,其誤差可認為為零; 當脈動振（zhèn）幅小於某一振幅值時,其誤差亦可（kě）認為不影（yǐng）響柴油流量計的精度。脈動流對（duì）柴油（yóu）流（liú）量計測量精確度的影響存在*限值
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所謂脈動（dòng）流是指流體在測（cè）量區域的流速是時間的（de）函數,但在一個足夠長（zhǎng）的時間段內（nèi）有一個恒定的平（píng）均值。脈動流的存在會導致流（liú）量計出現計量（liàng）誤差,甚至不能正（zhèng）常工作。如何（hé）校正或減少脈動對流量測量特性的影響,是流量（liàng）測量中比較重要的課題。本文對柴油流量計在（zài）脈（mò）動流中的特性進行了研究。利用渦（wō）輪流量傳感器的數學模型,求出了在正弦脈動（dòng）流作用下的角（jiǎo）加速度與脈（mò）動頻率及振幅的理論關（guān）係式,通過對不同脈動（dòng）頻（pín）率和振幅下（xià）柴油流量計誤差的編程計算,總結並驗證（zhèng）了脈（mò）動流對（duì）柴油流（liú）量計誤差的影響規律。
1.2、脈動對柴油流量計流量（liàng）測量（liàng）的影響
對於有固定周期的脈動流，可用周期來描述其脈動出現的頻繁程度。一個周期有的（de）可能要（yào）數小時，有（yǒu）的可能隻需幾（jǐ）秒鍾。周期長、幅（fú）值（zhí）較（jiào）小的脈動，一般說來各種流量計都能（néng）跟蹤這種變化，同時保持（chí）它們參比條件下的準確（què）度。
周期短、幅值較大的脈動，對除（chú）容積式（shì）流量（liàng）計之外的絕大多數種類流量計都有較（jiào）顯著影（yǐng）響，出現較大誤差。
2. 1、誤差方程及其（qí）計算
應用機翼理論來分析作用在渦輪（lún）轉子上的驅動力矩和阻力矩,可得到其運動方程:
式中, J為葉片轉動（dòng）慣量, θ為葉片（piàn）與軸線之間的夾角, r 為渦輪葉片的平均半徑, A為管道流道麵（miàn）積,ρ為流（liú）體（tǐ）密度,ω為渦輪的旋轉角速度, Q為（wéi）通過管道的（de）流（liú）量。
若把脈動流表示為Q= asin2πfp t ,經分析整理,可得出渦輪旋轉（zhuǎn）加速（sù）度與脈動流各參數的（de）關係:其中, c為穩態時（shí）的（de）ω值。此時其顯示誤差可用下式（shì）表示: E= ω/c- 1對特定的柴油流量計和不同的脈動流,可編程計算出( 2)式在脈動周期內各離散點所對應（yīng）的ω( t ) , 據此（cǐ）可計算出柴油流量計顯示（shì）誤差E,並（bìng）畫出相應曲線。
2. 2 結果與分析
經過計算分析,發現導致柴油流量計產生誤差的主要因素是脈動（dòng）流的振幅和頻率,通過對多（duō）幅圖形的比較,發現有（yǒu）如下（xià）規（guī）律:
1)從曲線分布的象限來看,脈動流導致柴油（yóu）流量計（jì）出（chū）現一個（gè）正誤差。當流體存在脈動時,在加速流體中,葉片的轉動慣量能（néng）引起轉子速度變（biàn）慢,落後於（yú）定常流時的轉（zhuǎn）速; 在減速流（liú）體中,葉（yè）片的轉動慣量能導致轉子（zǐ）速度加快,超過定常流時的轉速。由於加速時的影響比減（jiǎn）速時的影響小得多,因此,脈動流存在時流量計顯示（shì）的平均流速遠大（dà）於平（píng）均流（liú）量,出現正誤差,此誤差有時*大可達50%。
2)當脈動頻率fP小於渦輪轉子的角頻率ω時,柴油流量計類（lèi）似輸入（rù）脈衝（chōng）,測量結果（guǒ）接（jiē）近真值,脈動（dòng）流（liú）所引起的誤差很小。當脈（mò）動頻率fP 大於渦輪轉子的角頻率ω時,響應失真,會引起較大誤差,且隨著頻率（lǜ）的增大,誤差隨著增大,*終趨於穩定(如圖1,圖2)。
3)當脈動頻率大於渦輪轉子的（de）角加速度時,頻率（lǜ）脈動（dòng）振幅的變化能引起柴油流量（liàng）計的測量誤差產生大的改變,此誤差隨（suí）著脈動振幅的增大（dà）而升高（gāo）,*大可達50% ,但*終趨於穩定(如圖3,圖4, a 為脈動振幅與穩態振幅之（zhī）比)。
3、結論
從以上分（fèn）析計算可知,脈動流使柴油流量計產生一個正的係統誤差,該誤差受脈動頻率和振幅（fú）的影響。當脈動（dòng）頻率小於角加速度時（shí）,其誤差可認為為零; 當脈動振（zhèn）幅小於某一振幅值時,其誤差亦可（kě）認為不影（yǐng）響柴油流量計的精度。脈動流對（duì）柴油（yóu）流（liú）量計測量精確度的影響存在*限值
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