所謂脈動流是指流體在測量區(qū)域的流速是時間的函數(shù)，但在一個足夠長的時間段內(nèi)有一個恒定的平均值，這個值取決于脈動流的流動規(guī)律。

真正的管道定常流只在層流中出現(xiàn)，通常其Re＜2000，大多數(shù)工業(yè)管流均有較高的Re數(shù)，且出現(xiàn)湍流現(xiàn)象。這些流體通常在速度、壓力和溫度上出現(xiàn)連續(xù)的、無規(guī)則的、隨機(jī)的波動。導(dǎo)致波動產(chǎn)生的原因有多種，可因旋轉(zhuǎn)動力機(jī)械 ，如旋轉(zhuǎn)或往復(fù)式發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)造成，可由工作管道的振動，特別是共振造成，也可由流量控制器的周期性動作和調(diào)節(jié)器的往復(fù)開關(guān)及流體管道裝置、閥或旋轉(zhuǎn)機(jī)械分流造成，還可因流體系統(tǒng)的幾何特征而引起的流體力學(xué)振動和多段流而引起。

脈動流的存在會導(dǎo)致流量計出現(xiàn)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、脈動流特性參數(shù)的主要測量方法

脈動無處無時不在，但測量卻非常困難，直接測量脈動流幾乎是不可能的，我們通常測量出脈動流的主要參數(shù)，如幅值、頻率和波形，然后通過這些參數(shù)分析脈動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)可測出管軸線處的點速度，并對脈動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(jù)其測得的充分發(fā)展的瞬時速度剖面精確計算其脈動特性。接觸方法主要是熱線風(fēng)速儀法，可用來測量脈動點速度，它具有足夠的測量頻寬，可采用在線計算機(jī)顯示流速的*大脈動量。

2、脈動流對渦輪流量計測量誤差的影響

2.1誤差方程及其計算

渦輪流量計以動量矩守恒原理為基礎(chǔ)，是一種速度式流量儀表。對非穩(wěn)定流，由于轉(zhuǎn)子葉片和相關(guān)傳動裝置的共振、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量、脈動流的形狀、轉(zhuǎn)子和齒輪的摩擦阻力及轉(zhuǎn)子瞬時轉(zhuǎn)矩等諸多因素的影響，會使渦輪流量計產(chǎn)生很大的誤差。應(yīng)用機(jī)翼理論來分析作用在轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動力矩和阻力矩，可得到其運(yùn)動方程：

式中：J為葉片轉(zhuǎn)動慣量；θ為葉片與軸線之間的夾角；r為渦輪葉片的平均半徑；A為管道流道面積；ρ為流體密度；ω為渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度；q為通過管道的流量。

若把脈動流表示為q=asin2πfpt，經(jīng)分析整理，可得出渦輪旋轉(zhuǎn)加速度與脈動流各參數(shù)的關(guān)系：

式中：c為穩(wěn)態(tài)時的ω值。此時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流，可編程計算出式(2)在脈動周期內(nèi)各離散點所對應(yīng)的ω(t)，據(jù)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(jié)果與分析

經(jīng)過計算分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動流的振幅和頻率，通過對多幅圖形的比較，發(fā)現(xiàn)有如下規(guī)律：

①從曲線分布的象限來看，脈動流導(dǎo)致渦輪流量計出現(xiàn)一個正誤差。當(dāng)流體出現(xiàn)脈動時，在加速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動慣量能引起轉(zhuǎn)子速度變慢，落后于定常流時的轉(zhuǎn)速；在減速流體中，葉片的轉(zhuǎn)動慣量能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度加快，超過定常流時的轉(zhuǎn)速。由于加速時的影響比減速時的影響小得多，因此，脈動流出現(xiàn)時流量計顯示的平均流速遠(yuǎn)大于平均流量，出現(xiàn)正誤差，此誤差有時*大可達(dá)50%。

②當(dāng)脈動頻率fp小于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時，測量結(jié)果接近真值，脈動流所引起的誤差很小。當(dāng)脈動頻率fp大于渦輪轉(zhuǎn)子的角頻率ω時，響應(yīng)失真，會引起較大誤差，且隨著頻率的增大，誤差隨著增大，*終趨于穩(wěn)定(見圖2和圖3)。

③當(dāng)脈動頻率大于渦輪轉(zhuǎn)子的角加速度時，脈動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，此誤差隨著脈動振幅的增大而升高，*大可達(dá)50%，但*終趨于穩(wěn)定。(見圖4和圖5，α為脈動振幅與穩(wěn)態(tài)振幅之比)。

3、結(jié)論

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