用孔板流量计测量脉动气流

1　脉动流对孔板流量计的影响

　　当流体流过节流元件时形成的差压信号的脉动幅值满足下式时,可视为稳定流动[1].

1.1　对孔板上下游取压孔处产生差压信号的影响

　　假设[2、3]:1)在流体流过孔板时,仍是一维流动;2)在脉动周期内流体的流线形状不发生改变.对于不可压缩流体,根据动量方程和连续性方程

式中:ρ为流体密度;u为流体速度;p为流体在管中所受的压力.沿孔板上下游取压孔之间轴向长度上积分,可以得到孔板前后差压Δp(t)与流过孔板的脉动流之间关系式[3]为

式中:K2为脉动流工况下孔板的流出系数C(或流量系数α);K1为脉动流工况下流体流过孔板产生的瞬时惯性加速作用的系数.分析式(4)物理意义[5]可知,脉动流在孔板上下游取压孔处产生的差压信号的变化主要从以下几方面来考虑:

　　1)孔板本身固有的输出(差压)与输入(流量)之间存在的非线性关系,在脉动流状态下,依然成立.

　　根据国外已有研究成果[4],脉动流动的任一瞬时都可视为暂时的稳定流动.整个脉动流动是这些“瞬时稳定流动”随时间变化的流动之“和”.此时,瞬时流量q(t)可以根据相应的差压值Δp(t)按式(5)求得.

而真实的平均流量q-可通过取时间平均得到,即

且,K2是孔板在稳定流动情况下的流量系数(或流出系数)值.

　　2)在脉动流动状态下,流体通过孔板时的瞬时惯性作用,需要有一部分附加的压力差(除了在稳定流动情况,需要的那部分使流体通过孔板时的传递加速作用外),来实现流体加速流动.

　　因此,可认为在脉动周期任一时刻孔板产生差压信号Δp(t)由两部分构成.一部分是流体通过节流孔时迁移加速所产生差压,理想情况下这部分差压就与该瞬时脉动流量质量相同的流体在稳定流动时产生的差压Δp(t)s相同;另一部分是由于克服流体惯性以实现流体瞬时加速,即dq(t)/dt引起的额外差压Δp(t)t.

　3)在脉动流动状态下,孔板的流量系数α(或流出系数C)可能产生的变化,对流量示值误差会产生一定影响.关于这部分影响可能带来附加误差的讨论,需要建立在对流体流动分布廓形研究的基础之上,研究过程比较复杂,国内外对此尚无明确结果.

1.2　导压管线及差压变送器腔室引起差压信号的畸变所带来的附加误差

　　1)上下游取压孔与差压变送器之间通常有一定的长度差压传输管线,还有一些接头和隔离阀等器件,它们的结构常不一致,上下游导压管线也不一定完全对称.当脉动压力波在其中传播时,由于反射、叠加引起压力波的畸变会导致流量示值的误差.