1.脈動流特性
幾ji乎hu所suo有you的de管guan道dao流liu都dou是shi不bu穩wen定ding的de,不bu論lun是shi層ceng流liu狀zhuang態tai還hai是shi湍tuan流liu狀zhuang態tai下xia都dou存cun在zai各ge種zhong幹gan擾rao。所suo謂wei脈mai動dong流liu是shi指zhi流liu體ti在zai測ce量liang區qu域yu的de流liu速su是shi時shi間jian的de函han數shu,但dan在zai一yi個ge足zu夠gou長chang的de時shi間jian段duan內nei有you一yi個ge恒heng定ding的de平ping均jun值zhi,這zhe個ge值zhi決jue定ding於yu脈mai動dong流liu的de流liu動dong規gui律lv。
真正的管道定常流僅出現在層流中,大多數工業管流均出現湍流現象,試試一種統計意義上的定常流,脈動流會影響
渦輪流量計的測量精度,有時會使其測量值嚴重失真,所以工業上迫切需要研究脈動流對其測量精度的影響。
脈動無處無時不在,但測量卻非常困難,我們通常隻能測量出脈動的主要參數,如輻值、頻率和波形,然後通過這些參數分析脈動可能給流量計造成的影響。
2.脈動流對渦輪流量計測量精度的影響
2.1特性方程及計算
渦輪流量計以動量矩守恒定理為基礎的一種速度式流量儀表,對非穩定流由於轉子葉片和相關傳動裝置的共振、轉子的轉動慣量、脈動的形狀、轉(zhuan)子(zi)和(he)齒(chi)輪(lun)摩(mo)擦(ca)阻(zu)力(li)及(ji)轉(zhuan)子(zi)瞬(shun)時(shi)轉(zhuan)矩(ju)等(deng)因(yin)素(su)影(ying)響(xiang),使(shi)渦(wo)輪(lun)流(liu)量(liang)計(ji)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)誤(wu)差(cha),用(yong)機(ji)翼(yi)理(li)論(lun)來(lai)分(fen)析(xi)作(zuo)用(yong)在(zai)轉(zhuan)子(zi)上(shang)的(de)驅(qu)動(dong)力(li)矩(ju)和(he)阻(zu)力(li)矩(ju),可(ke)得(de)到(dao)其(qi)運(yun)動(dong)方(fang)程(cheng):

式中J為葉片轉動慣量,θ為葉與軸線之間的夾角,r為渦輪葉片的平均半徑,A為管道流量麵積,ρ為流體密度,ω為渦輪的旋轉角加速度,Q為通過管道流量。
若把脈動流表示為Q=asin2πfpt,經過分析整理,可得出渦輪旋轉角加速度與脈動流各參數的關係:22

其中C為穩態時的ω值。
對特定的渦輪流量計和不同的脈動流,可編程計算出(2)式在脈動周圍內各離散點所對應的ω(t),據此計算可畫出ω(t)曲線,其流程圖如圖1:
2.2結構與分析
經過計算分析,發現導致
流量計產生誤差的主要因素是脈動流的頻率,所加的正弦脈動流的頻率與穩態下渦輪的旋轉角加速度的關係為ω=2πfp(1/qm)r2時,相應曲線與輸入正弦曲線最為接近,與理論分析基本吻合,多次改變脈動流頻率、振幅參數,發現有時圖形失真非常厲害,通過對多幅圖形的比較,發現有如下規律:(見圖2、3)
- 當脈動流頻率fp大於旋轉角加速度ω時shi,儀yi表biao的de相xiang應ying曲qu線xian開kai始shi失shi真zhen,脈mai動dong頻pin率lv導dao致zhi相xiang應ying曲qu線xian的de幅fu值zhi發fa生sheng改gai變bian,經jing過guo分fen析xi發fa現xian,脈mai動dong頻pin率lv越yue大da,響xiang應ying幅fu值zhi越yue小xiao,脈mai動dong頻pin率lv越yue小xiao,響xiang應ying幅fu值zhi越yue大da,即ji隨sui著zhe頻pin率lv的de增zeng大da,響xiang應ying失shi真zhen程cheng度du隨sui著zhe增zeng大da,但dan最zui終zhong有you趨qu於yu穩wen定ding的de趨qu勢shi。
- 當脈動流頻率fp大於旋轉角加速度ω時,響應曲線的失真程度隨脈動振幅的增大而加劇,但當脈動振幅小於某一振幅值時,其變化可認為不影響渦輪流量計的精度;當脈動頻率fp小於旋轉角加速度ω時,響應曲線的失真程度與脈動振幅的變化無關聯。
- 對於形狀不失真的響應曲線,其響應曲線的幅值還與其它參數有關。經研究發現,對測量誤差影響較大的參數還有葉片轉動慣量J和葉片的初始旋轉角加速度C.J越小,響應曲線的幅值越大,J越大,響應曲線的幅值越小,但J太大或太小都會影響響應曲線的幅值失真過大,其值取在2*10-6-3*10-6(kg.m2)之間時,響應曲線最好,從參數分析可知,響應曲線與輸入脈動曲線之間有一個位移,此位移的大小主要是與初始值C有關。
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3.結論
從以上分析計算可知,脈動流頻率對渦輪流量計的測量精度影響最大,當脈動頻率fp小於旋轉角加速度ω時,流量儀表的響應曲線與輸入脈動曲線相似,測量結構接近於真值;脈動振幅對渦輪流量計的測量精度存在影響,但當脈動振幅小於某一振幅值時,可認為其不影響渦輪流量計的精度;葉片轉動慣量J和葉片的初始旋轉加速度C也對渦輪流量計測量精度有影響。
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