差壓式流量計測量脈動流量方法研究

張永勝, 張毅治, 劉彥軍

(北京長城計量測試技術研究所, 北京 100095)

1 引 言

差壓式流量計[1]一般以孔板、文丘里管、噴嘴或其它形式的節流元件形成差壓,進而計算流體流量。差壓式流量計由于其結構簡單、無可動部件等特點而廣泛應用于測量封閉管道中單相穩定流體的流量,常用于測量空氣、天然氣、水等流體的流量。差壓式流量計是最為傳統且應用廣泛一種流量測量裝置,該類流量計的準確測量是以平穩流動為基礎,當測量流體壓力、速度隨時間呈周期變化情形時,以穩態流的計算方法直接求取脈動流量將因遺漏流量導數項而引起較大測量誤差[2～4]。而脈動流廣泛存在于工業管路中,由于旋轉式、往復式或可運動傳送設備的使用,管道中流量控制設備的周期振蕩,以及流程中工藝設備的特定要求,眾多因素都會導致流體產生脈動流[5～8]。ISO 5167中明確規定差壓式流量計不適用于脈動流的測量。

本文以經典文丘里管[9]為研究對象,通過FLUENT軟件[10]對文丘里管在正弦脈動流下的流場進行仿真計算,分析了單路差壓計算脈動流量時由導數項引入的測量誤差,提出了基于雙路差壓的脈動流量測量方法,并利用仿真結果證明該方法的有效性。

2 脈動流量計算方法

2.1 脈動流理論模型

在脈動流狀態下,假設流體流過節流件為一維流動[11,12],流量計內流動運動方程為:

(1)

式中:u為流向速度;t為時間;x為沿流向坐標;ρ為流體密度;p為壓力。

由于質量流量qm可由式(2)表示,則式(1)可進一步表示為式(3)。……