專利名稱：一種脈動流量測量方法及其測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種脈動流量測量方法及其測量系統(tǒng)。
背景技術：
流動參數(shù)，如壓力、速度等發(fā)生周期性變化的流體被稱為脈動流， 如人體的血液和呼吸、往復式活塞泵或隔膜泵輸出的流體等，這種流 體能夠有效的強化傳熱、傳質和化學反應過程，在能源、化工、機械、 航天航空等諸多領域具有較為廣泛的應用。
流體力學中將流動過程按照流體運動狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)流動和非穩(wěn)態(tài) 流動，而脈動流是非穩(wěn)態(tài)流動的一類典型代表。由于脈動流的流量處
于周期性的變化過程審r使得管內脈動流量的測量存在一定的困難。 對工程中常見的各種流量傳感器，如渦街、渦輪、孔板等流量計而言， 所測流體為定常流是獲得準確測量結果的前提。脈動流自身所具有的 流動不穩(wěn)定性將會導致這些常規(guī)流量計的測量出現(xiàn)較大的誤差， 一些 特殊的情況下，使用常規(guī)流量計進行脈動流量測量，其相對誤差超過 50%，因此脈動流量的計量和測試需要特殊的方法或儀器。
主要的脈動流量測量方法有三種a.用響應快的流量計；b.用適 當?shù)姆椒▽⒚}動流量衰減到足夠小的振幅，然后用穩(wěn)態(tài)流量計進行測 量；C.對在脈動狀態(tài)下測得的流量進行誤差校正。上述三種方法中， 第一種方法中所涉及的流量計通常是價格昂貴的高分辨率、快速響應 的測速裝置，如熱線風速儀、激光多普勒測速等，這些工具應用于常 規(guī)的工程測量或者大型試驗臺系統(tǒng)，不僅較大幅度的提高了成本，而且也增加了測量過程的復雜程度。第二種方法能夠在較低成本的條件 下實現(xiàn)流量的測量，但由于采用阻尼的方式將脈動流進行衰減，因此 這一方法不適用于以脈動流為作業(yè)工質或觀測對象的過程。第三種方 法主要面向脈動振幅較小的情況，對于具有一定脈動強度(脈動振幅) 的脈動流而言，流量修正的可靠性較低；同時自行設計的實驗臺關于 流量誤差修正的參考標準無法確定，因此也存在一定的參考缺陷。
發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有脈動流量測量方法不能同時兼顧成本和測量可靠性 的不足，本發(fā)明提供一種能夠在較低成本的前提下實現(xiàn)流量平均值可 靠測量的脈動流量測量方法及其測量系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種脈動流量測量方法，該方法所涉及的測量系統(tǒng)中，輸送引導 管路與輸送泵連接，輸送泵與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流 作業(yè)管路連接，在輸送引導管路設置測速布點，通過流量計讀取脈動 流量。
進一步，所述輸送引導管路的內徑為脈動作業(yè)管路的內徑的2~4倍。
再進一步.，所述輸送泵的出口連接穩(wěn)流段，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā) 生器正交連接。 .
更進一步，所述輸送泵的出口連接收縮式穩(wěn)流元件，所述收縮式 穩(wěn)流元件與穩(wěn)流段連接。
一種脈動流量測量系統(tǒng)，包括脈動發(fā)生器，輸送引導管路與輸送 泵連接，所述輸送泵的出口連接穩(wěn)流段，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管路連接，所述脈動發(fā)生器與調速電機 連接，在輸送引導管路設置測速布點，所述測速布點內安裝流量傳感 器。
進一步，所述輸送引導管路的內徑為脈動作業(yè)管路的內徑的2~4倍。
.再進一步，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器正交連接。
更進一步，所述輸送泵的出口連接收縮式穩(wěn)流元件，所述收縮式 穩(wěn)流元件與穩(wěn)流段連接。
本發(fā)明的技術構思為所提出的脈動流量測量方法通過圖1所示 的系統(tǒng)實現(xiàn)，工質在通路內運動流程為以氣體脈動流量測試系統(tǒng)為 例，空氣從輸送導引管路1被輸送泵4 (高壓風機)送入系統(tǒng)管路，
依次經(jīng)過輸送泵5出口 (風機出口)、收縮式穩(wěn)流元件6、穩(wěn)流段7， 隨后進入脈動發(fā)生器8形成脈動流，進而流入脈動流作業(yè)管路10，以 完成相關的實驗研究或工程作業(yè)。
主要的脈動流量測量措施包括(1)在風機之前設置引風管路，
并在引風管適當位置設置測速布點，這一點與常規(guī)流量測量有很大不
同，常規(guī)方法通常是在脈動流作業(yè)管路10之前設置流量計；(2)使引
風管路的管徑大于實驗測試管路，通常取2 4倍，并結合風機入口尺 寸確定；(3)穩(wěn)流段7與脈動發(fā)生器.8正交連接，即脈動發(fā)生器的入 流方向和出流方向垂直；(4)輸送泵5出口 (風機出口)和穩(wěn)流段7 之間設置收縮式穩(wěn)流元件6，其內部可填充多孔介質或設置穩(wěn)流欄柵；
對于脈動流量的測量而言，(1)是最為有效的措施，其次是(2) 和(3)，而(4)只是起到一定的輔助作用而為前三項服務，總體思路 是將這些方式共同運用，以綜合的作用效果使得系統(tǒng)中作業(yè)管路表現(xiàn)為明顯脈動流動特征的同時，局部出現(xiàn)定常流動狀態(tài)，從而實現(xiàn)在不
影響脈動流作業(yè)的前提下完成脈動流量平均值的有效測量。此外，上
述脈動流量測量方法是以空氣為工作介質進行設計的，本測量方法對
于液體、多相流工質，如水、油、煙氣等同樣適用。
以壓力脈動曲線中波峰與波谷的壓力差值為脈動振幅，并對同一
數(shù)據(jù)采集過程的壓力進行多段化平均處理，使脈動振幅數(shù)據(jù)代表整體
水平。分別繪制了脈動振幅衰減率(觀測位置對脈動流作業(yè)段入口位
置的脈動振幅之比)隨流量和脈動頻率的變化關系，如圖4和圖5所
不o
圖4中各實驗數(shù)據(jù)點的脈動頻率相同，均為20Hz，側重研究不同 流量下的脈動衰減效果(即為接近定常流動的程度)。由圖可知，穩(wěn)流 段對應的壓力脈動振幅衰減率變化范圍約為0.3~0.5，引風段對應值在 0.1以下，說明脈動頻率為20Hz的狀態(tài)下通過與脈動發(fā)生器采用正交 連接的方式，能夠在不影響作業(yè)段脈動效果的基礎上在穩(wěn)流段衰減脈 動振幅50%以上；更進一步，正交連接的前提下增設大管徑的引風段 (三方面措施的總效果)能夠獲得的脈動衰減效果達到90%以上，確 保了脈動流量平均值的有效測量。此外，由圖中兩條曲線的變化趨勢 可知，隨著管內流量的增加，壓力脈動振幅衰減率增加，這說明提出 的本發(fā)明申請的脈動流量測量方法對于平均流量較大的脈動流，測量 效果更好。
圖5中各實驗數(shù)據(jù)點的平均流量值相同，均為197.82m3/h，側重 研究不同脈動頻率下的脈動衰減效果。首先，通過圖中引風段的實驗 曲線可以肯定其脈動流衰減效果較為明顯，絕大部分實驗點達到了 90%以上的衰減幅度，即在不同的脈動頻率下簡易脈動流量測量法均具有較高的有效性。同時，穩(wěn)流段的衰減效果與脈動頻率之間的變化
關系較為復雜， 一些脈動頻率下，如10Hz、 20Hz、 30Hz、 60Hz、 70Hz、 80Hz等能夠達到50%左右的脈動衰減程度，而另一些脈動頻率工況下 的衰減效果并不明顯，部分實驗點出現(xiàn)了脈動效果增加的情況，如50 Hz、 90Hz、 100Hz等。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因與脈動發(fā)生器自身特點和 系統(tǒng)管路的聲學特性有關，在某些脈動頻率對應的流動過程中，由于 脈動發(fā)生器所激勵的脈動流動在距離發(fā)生器一定位置處^r有一定的延 時性(主要與氣體的可壓縮性、黏性等物理性質有關)，會導致多個周 期內的脈動振幅疊加而使總體效果獲得增益，出現(xiàn)不衰減或強化的現(xiàn) 象。因此，采用入流方向與脈動發(fā)生器內腔軸線方向正交實現(xiàn)脈動衰 減的方法在特定的脈動頻率下具有一定的局限性，某些脈動頻率下這 一方法不起作用或起到反作用。這一特點對于三種措施作用下的綜合 效果也有影響，如圖5中引風段在50Hz和100Hz兩處的實驗結果。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1，不受脈動流發(fā)生方法和設備的 限制，不僅廣泛適用于包括旋轉閥體式、突變幾何通道自激勵式、往 復運動活塞式、聲激勵式等各種脈動流的發(fā)生裝置，而且對于脈動流 作業(yè)管路而言，對內壁光滑的管路和異型管均具能獲得較好的測量精 度。2，適用于各種脈動流工質，對于氣體、液體或者多相流的脈動流 量測量均有效果。3，在測量脈動流量的同時，不影響脈動流系統(tǒng)的正 常作業(yè)，不會造成作業(yè)管路中的阻尼增加和脈動分量的衰減，基本不 增加系統(tǒng)的總體能耗。4，所提出的測試方案，簡單易行，對測量儀器 和測試水平要求較低，同時對應的硬件裝置成本較低，總體的經(jīng)濟性 能較好。
圖1是氣體工質(通常使用空氣)脈動流量測量方案的系統(tǒng)示意圖。
圖2是液體工質或多相流脈動流量測量方案的系統(tǒng)示意圖。 圖3是脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管路的并聯(lián)方式連接圖。
圖4是不同流量下的脈動衰減效果的示意圖。 圖5是脈動振幅衰減率與脈動頻率的關系的示意圖。
具體實施方式
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下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。 實施例1
一種脈動流量測量方法，該方法所涉及的測量系統(tǒng)中，輸送引導 管路1與輸送泵4連接，輸送泵4與脈動發(fā)生器8連接，脈動發(fā)生器 8與脈動流作業(yè)管路10連接，在輸送引導管路1設置測速布點2，通 過流量計讀取脈動流量。
所述輸送引導管路1的內徑為脈動作業(yè)管路10的內徑的2 4倍。
所述輸送泵4的出口連接穩(wěn)流段7，所述穩(wěn)流段7與脈動發(fā)生器8正
交連接。所述輸送泵4的出口連接收縮式穩(wěn)流元件6，所述收縮式穩(wěn)
流元件6與穩(wěn)流段7連接。 實施例2
參照圖1 圖3， 一種脈動流量測量系統(tǒng)，包括脈動發(fā)生器8，輸 送引導管路1與輸送泵4連接，所述輸送泵4的出口連接穩(wěn)流段7， 所述穩(wěn)流段7與脈動發(fā)生器8連接，脈動發(fā)生器8與脈動流作業(yè)管路 IO連接，所述脈動發(fā)生器8與調速電機9連接，在輸送引導管路l設 置測速布點2，所述測速布點2內安裝流量傳感器。所述輸送引導管路的內徑為脈動作業(yè)管路的內徑的2~4倍。所述 穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器正交連接。所述輸送泵4的出口連接收縮式穩(wěn)流 元6件，所述收縮式穩(wěn)流元件6與穩(wěn)流段7連接。
所提出的脈動流量測量方法通過圖1、圖2所示的系統(tǒng)示意圖實 現(xiàn)，其中，圖l與氣體脈動流對應，圖2則針對液體或多相流脈動流
圖1中各部件分別為l-輸送引導管路(引風管路)；2-測速布點；
3-流量調節(jié)閥；4-輸送泵(高壓風機)；5-輸送泵出口 (風機出口轉接 口)； 6-收縮式穩(wěn)流元件；7-穩(wěn)流段；8-脈動發(fā)生器；9-調速電機；10-
脈動流作業(yè)管路。
圖2中各部件分別為1-輸送引導管路(引流管路)；2-測速布點； 3-流量調節(jié)閥；4-輸送泵(高壓離心泵)；5-輸送泵出口 (出口轉接口)；
6- 收縮式穩(wěn)流元件；7-穩(wěn)流段；8-脈動發(fā)生器；9-調速電機；10-脈動 流作業(yè)管路；ll-入流過渡管路；12-原始工質容器；13-回收工質容器； 14-出流過渡管路。
圖3中各部件分別為15-發(fā)生器內腔；16-脈動流作業(yè)管路；17-活塞驅動曲柄；18-調速控制電機；19-脈動發(fā)生器附加管路；20-活塞。 以氣體脈動流量測量過程為例，主要的技術措施為(1)在風機
之前設置引風管路，并在引風管適當位置設置測速布點，，這一點與常
規(guī)流量測量有很大不同，常規(guī)方法通常是在10-脈動流作業(yè)管路之前 設置流量計；(2)使引風管路的內徑大于脈動流作業(yè)管路，通常取2~4 倍，并結合風機入口尺寸確定；(3) 7-穩(wěn)流段與8-脈動發(fā)生器正交連 接，即脈動發(fā)生器的入流方向和出流方向垂直；(4)在5-風機出口與
7- 穩(wěn)流段之間設置6-收縮式穩(wěn)流元件，其內部可填充多孔介質或設置穩(wěn)流欄柵；此外，對于大功率脈動激勵方式的活塞式脈動發(fā)生器而言， 一些工程作業(yè)和實驗測量過程要求發(fā)生器與主脈動流管路之間進行并
聯(lián)方式連接，如圖3所示，所提出的方法同樣適用，所采用的技術方 法與上述(3)內容一致，使圖1和圖2中的"7-穩(wěn)流段"與圖3中的"16-脈動流作業(yè)管路"同軸的方式直接連接(圖3中以箭頭的方向表示圖1 和圖2中穩(wěn)流段內的流體流動方向)，進而實現(xiàn)與"19-脈動發(fā)生器附加 管路"之間構成正交連接的方式，完成相應的流量測量要求。
空氣脈動流量測量過程的具體流程為按照圖1所示連接測試系 統(tǒng)，啟動風機和脈動發(fā)生器后，空氣從引風管路被高壓風機送入系統(tǒng) 管路，依次經(jīng)過風機出口、收縮式穩(wěn)流元件6、穩(wěn)流段7，隨后進入脈 動發(fā)生器8形成脈動流，進而流入脈動流作業(yè)管路10，管路內形成了 穩(wěn)定可靠的脈動流動過程，待系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在2-測速裝置布點使用 測速傳感器測量速度，并根據(jù)引風管路和脈動流作業(yè)管路10的內徑數(shù) 據(jù)，最終確定通路內脈動流量值。
液體和多相流對應的脈動流量測量方案通過圖2實現(xiàn)，對應流程
與圖1相似，由于原始工質需要相關容器儲存和回收，因此設置了對 應的裝置。
同時，對于脈動發(fā)生器部分而言，由于不同的脈動發(fā)生方法給系 統(tǒng)帶來了流動阻力和總體能耗不同，因此在構建系統(tǒng)過程中需要予以 考慮。在各種脈動發(fā)生裝置中，活塞式脈動發(fā)生器能夠顯著的實現(xiàn)對 脈動頻率的變化和控制，但相應的沿程阻力較大，與其它脈動發(fā)生器 的串聯(lián)方式不同，這種發(fā)生器采用并聯(lián)方式連入系統(tǒng)更為合理，如圖 3所示。相關的脈動流量測量過程與上文所述相同，保持連接脈動發(fā) 生器的穩(wěn)流管路與發(fā)生器正交即可。需要補充說明的是在風機前測速點處所采用的流量傳感器，在使 用過程中應根據(jù)傳感器自身的測量要求進行設計和操作，如設置一定 長度的前后穩(wěn)流管路、多次測量、修正系統(tǒng)誤差等，這些內容屬于常 規(guī)定常流動流量測量的內容，可參考相關的技術標準和規(guī)程。
權利要求
1、一種脈動流量測量方法，該方法所涉及的測量系統(tǒng)中，輸送導引管路與輸送泵連接，輸送泵與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管路連接，其特征在于在輸送導引管路設置測速布點，通過流量計讀取脈動流量。
2、 如權利要求1所述的一種脈動流量測量方法，其特征在于所述輸-送導引管路的內徑為脈動作業(yè)管路的內徑的2~4倍。
3、 如權利要求1或2所述的一種脈動流量測量方法，其特征在于所 述輸送泵的出口連接穩(wěn)流段，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器正交連接。
4、 如權利要求3所述的一種脈動流量測量方法，其特征在于所述輸 送泵的出口連接收縮式穩(wěn)流元件，所述收縮式穩(wěn)流元件與穩(wěn)流段連接。
5、 一種用如權利要求1所述的脈動流量測量方法實現(xiàn)的領t量系統(tǒng)，包 括脈動發(fā)生器，輸送導引管路與輸送泵連接，所述輸送泵的出口連接 穩(wěn)流段，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管 路連接，所述脈動發(fā)生器與調速電機連接，其特征在于在輸送導引 管路設置測速布點，所述測速布點內安裝流量傳感器。
6、 如權利要求5所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述輸送導引管路的管徑為脈動作業(yè)管路的管徑的2~4倍。
7、 如權利要求5或6所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器正交連接。
8、 如權利要求7所述的測量系統(tǒng)，其特征在于所述輸送泵的出口連接收縮式穩(wěn)流元件，所述收縮式穩(wěn)流元件與穩(wěn)流段連接。
全文摘要
一種脈動流量測量方法，該方法所涉及的測量系統(tǒng)中，輸送引導管路與輸送泵連接，輸送泵與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管路連接，在輸送引導管路設置測速布點，通過流量計讀取脈動流量。以及一種脈動流量測量系統(tǒng)，包括脈動發(fā)生器，輸送引導管路與輸送泵連接，所述輸送泵的出口連接穩(wěn)流段，所述穩(wěn)流段與脈動發(fā)生器連接，脈動發(fā)生器與脈動流作業(yè)管路連接，所述脈動發(fā)生器與調速電機連接，在輸送引導管路設置測速布點，所述測速布點內安裝流量傳感器。本發(fā)明能夠在較低成本的前提下實現(xiàn)可靠測量。
文檔編號G01F1/72GK101614571SQ20091010132
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權日2009年7月30日
發(fā)明者璋 徐, 華 李, 凱 鄧, 鐘英杰 申請人:浙江工業(yè)大學