所謂脈動(dòng)流是指流體在測量區域的流速是時(shí)間的函數，但在一個(gè)足夠長(cháng)的時(shí)間段內有一個(gè)恒定的平均值，這個(gè)值取決于脈動(dòng)流的流動(dòng)規律。

真正的管道定常流只在層流中出現，通常其Re＜2000，大多數工業(yè)管流均有較高的Re數，且出現湍流現象。這些流體通常在速度、壓力和溫度上出現連續的、無(wú)規則的、隨機的波動(dòng)。導致波動(dòng)產(chǎn)生的原因有多種，可因旋轉動(dòng)力機械 ，如旋轉或往復式發(fā)動(dòng)機、壓縮機和鼓風(fēng)機造成，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)作和調節器的往復開(kāi)關(guān)及流體管道裝置、閥或旋轉機械分流造成，還可因流體系統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 )導致流量計出現計量誤差，甚至不能正常工作，其中尤以差壓式流量計、渦輪流量計和渦街流量計對其*為敏感。如何校正或減少脈動(dòng)對流量測量特性的影響，是流量測量中比較重要的課題。

1、脈動(dòng)流特性參數的主要測量方法

脈動(dòng)無(wú)處無(wú)時(shí)不在，但測量卻非常困難，直接測量脈動(dòng)流幾乎是不可能的，我們通常測量出脈動(dòng)流的主要參數，如幅值、頻率和波形，然后通過(guò)這些參數分析脈動(dòng)可能給流量計造成的影響。通常主要的測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)可測出管軸線(xiàn)處的點(diǎn)速度，并對脈動(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，可據其測得的充分發(fā)展的瞬時(shí)速度剖面精確計算其脈動(dòng)特性。接觸方法主要是熱線(xiàn)風(fēng)速儀法，可用來(lái)測量脈動(dòng)點(diǎn)速度，它具有足夠的測量頻寬，可采用在線(xiàn)計算機顯示流速的*大脈動(dòng)量。

2、脈動(dòng)流對渦輪流量計測量誤差的影響

2.1誤差方程及其計算

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

式中：J為葉片轉動(dòng)慣量；θ為葉片與軸線(xiàn)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，可得出渦輪旋轉加速度與脈動(dòng)流各參數的關(guān)系：

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

對特定的渦輪流量計和不同的脈動(dòng)流，可編程計算出式(2)在脈動(dòng)周期內各離散點(diǎn)所對應的ω(t)，據此可計算出渦輪流量計測量誤差E。其流程圖如圖1所示。

2.2結果與分析

經(jīng)過(guò)計算分析，發(fā)現導致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的振幅和頻率，通過(guò)對多幅圖形的比較，發(fā)現有如下規律：

①從曲線(xiàn)分布的象限來(lái)看，脈動(dòng)流導致渦輪流量計出現一個(gè)正誤差。當流體出現脈動(dòng)時(shí)，在加速流體中，葉片的轉動(dòng)慣量能引起轉子速度變慢，落后于定常流時(shí)的轉速；在減速流體中，葉片的轉動(dòng)慣量能導致轉子速度加快，超過(guò)定常流時(shí)的轉速。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)流出現時(shí)流量計顯示的平均流速遠大于平均流量，出現正誤差，此誤差有時(shí)*大可達50%。

②當脈動(dòng)頻率fp小于渦輪轉子的角頻率ω時(shí)，測量結果接近真值，脈動(dòng)流所引起的誤差很小。當脈動(dòng)頻率fp大于渦輪轉子的角頻率ω時(shí)，響應失真，會(huì )引起較大誤差，且隨著(zhù)頻率的增大，誤差隨著(zhù)增大，*終趨于穩定(見(jiàn)圖2和圖3)。

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

3、結論

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