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涡轮流量计在脉动流中的特性

1引言
   涡轮流量计所谓脉动流是指流体在测量区域的流速是时间的函数(但在一个足够长的时间段内有一个恒定的平均值,脉动流的存在会导致流量计出现计量误差(甚至不能正常工作,如何校正或减少脉动对流量测量特性的影响(是流量测量中比较重要的课题。 |
2、脉动对涡轮流量计流量测量的影响
2.1误差方程及其计算
   应用机翼理论来分析作用在涡轮转子上的驱动力矩和阻力矩(可得到其运动方程:

   式中 ,J为叶片转动惯量θ为叶片与轴线之间的夹角r为涡轮叶片的平均半径,A为管道流道面积,ρ为流体密度,ω为涡轮的旋转,角速度Q为通过管道的流量。
若把脉动流表示为,经分析整理,可得出涡轮旋转加速度与脉动流各参数的关系:
涡轮流量计涡轮旋转加速度与脉动流各参数的关系
其中,c为稳态时的ω值。此时其显示误差可用下式表示:E=ω/C--1
对特定的涡轮流量计和不同的脉动流,可编程计算出(2)式在脉动周期内各离散点所对应的ω(t),据此可计算出涡轮流量计显示误差E,并画出相应曲线。
2.2结果与分析
   经过计算分析,发现导致涡轮流量计产生误差的主要因素是脉动流的振幅和频率,通过对多幅图形的比较,发现有如下规律:

  1. 从曲线分布的象限来看,脉动流导致涡轮流量计出现一个正误差。当流体存在脉动时,在加速流体中,叶片的转动惯量能引起转子速度变慢,落后于定常流时的转速;在减速流体中,叶片的转动惯量能导致转子速度加快,超过定常流时的转速。由于加速时的影响比减速时的影响小得多,因此:脉动流存在时流量计显示的平均流速远大于平均流量,出现正误差(此误差有时大可达50%。
  2. 当脉动频率fpx小于涡轮转子的角频率ω时,流量计类似输入脉冲,测量结果接近真值,脉动流所引起的误差很小。当脉动频率fp大于涡轮转子的角频率ω时,响应失真,会引起较大误差,且随着频率的增大,误差随着增大,终趋于稳定(如图1,图2)



  3. 当脉动频率大于涡轮转子的角加速度时,频率脉动振幅的变化能引起涡轮流量计的测量误差产生大的改变,此误差随着脉动振幅的增大而升高,大可达


    50%,但终趋于稳定(如图3,图4,a为脉动振幅与稳态振幅之比)。

结论
    从以上分析计算可知,脉动流使涡轮流量计产生一个正的系统误差,该误差受脉动频率和振幅的影响。当脉动频率小于角加速度时,其误差可认为为零;当脉动振幅小于某一振幅值时,其误差亦可认为不影响涡轮流量计的精度。脉动流对涡轮流量计测量精确度的影响存在极限值。
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