专利名称：一种脉动流量测量方法及其测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脉动流量测量方法及其测量系统。
背景技术：
流动参数，如压力、速度等发生周期性变化的流体被称为脉动流， 如人体的血液和呼吸、往复式活塞泵或隔膜泵输出的流体等，这种流 体能够有效的强化传热、传质和化学反应过程，在能源、化工、机械、 航天航空等诸多领域具有较为广泛的应用。
流体力学中将流动过程按照流体运动状态分为稳态流动和非稳态 流动，而脉动流是非稳态流动的一类典型代表。由于脉动流的流量处
于周期性的变化过程审r使得管内脉动流量的测量存在一定的困难。 对工程中常见的各种流量传感器，如涡街、涡轮、孔板等流量计而言， 所测流体为定常流是获得准确测量结果的前提。脉动流自身所具有的 流动不稳定性将会导致这些常规流量计的测量出现较大的误差， 一些 特殊的情况下，使用常规流量计进行脉动流量测量，其相对误差超过 50%，因此脉动流量的计量和测试需要特殊的方法或仪器。
主要的脉动流量测量方法有三种a.用响应快的流量计；b.用适 当的方法将脉动流量衰减到足够小的振幅，然后用稳态流量计进行测 量；C.对在脉动状态下测得的流量进行误差校正。上述三种方法中， 第一种方法中所涉及的流量计通常是价格昂贵的高分辨率、快速响应 的测速装置，如热线风速仪、激光多普勒测速等，这些工具应用于常 规的工程测量或者大型试验台系统，不仅较大幅度的提高了成本，而且也增加了测量过程的复杂程度。第二种方法能够在较低成本的条件 下实现流量的测量，但由于采用阻尼的方式将脉动流进行衰减，因此 这一方法不适用于以脉动流为作业工质或观测对象的过程。第三种方 法主要面向脉动振幅较小的情况，对于具有一定脉动强度(脉动振幅) 的脉动流而言，流量修正的可靠性较低；同时自行设计的实验台关于 流量误差修正的参考标准无法确定，因此也存在一定的参考缺陷。
发明内容
为了克服现有脉动流量测量方法不能同时兼顾成本和测量可靠性 的不足，本发明提供一种能够在较低成本的前提下实现流量平均值可 靠测量的脉动流量测量方法及其测量系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种脉动流量测量方法，该方法所涉及的测量系统中，输送引导 管路与输送泵连接，输送泵与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流 作业管路连接，在输送引导管路设置测速布点，通过流量计读取脉动 流量。
进一步，所述输送引导管路的内径为脉动作业管路的内径的2~4倍。
再进一步.，所述输送泵的出口连接稳流段，所述稳流段与脉动发 生器正交连接。 .
更进一步，所述输送泵的出口连接收縮式稳流元件，所述收縮式 稳流元件与稳流段连接。
一种脉动流量测量系统，包括脉动发生器，输送引导管路与输送 泵连接，所述输送泵的出口连接稳流段，所述稳流段与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流作业管路连接，所述脉动发生器与调速电机 连接，在输送引导管路设置测速布点，所述测速布点内安装流量传感 器。
进一步，所述输送引导管路的内径为脉动作业管路的内径的2~4倍。
.再进一步，所述稳流段与脉动发生器正交连接。
更进一步，所述输送泵的出口连接收縮式稳流元件，所述收縮式 稳流元件与稳流段连接。
本发明的技术构思为所提出的脉动流量测量方法通过图1所示 的系统实现，工质在通路内运动流程为以气体脉动流量测试系统为 例，空气从输送导引管路1被输送泵4 (高压风机)送入系统管路，
依次经过输送泵5出口 (风机出口)、收縮式稳流元件6、稳流段7， 随后进入脉动发生器8形成脉动流，进而流入脉动流作业管路10，以 完成相关的实验研究或工程作业。
主要的脉动流量测量措施包括(1)在风机之前设置引风管路，
并在引风管适当位置设置测速布点，这一点与常规流量测量有很大不
同，常规方法通常是在脉动流作业管路10之前设置流量计；(2)使引
风管路的管径大于实验测试管路，通常取2 4倍，并结合风机入口尺 寸确定；(3)稳流段7与脉动发生器.8正交连接，即脉动发生器的入 流方向和出流方向垂直；(4)输送泵5出口 (风机出口)和稳流段7 之间设置收縮式稳流元件6，其内部可填充多孔介质或设置稳流栏栅；
对于脉动流量的测量而言，(1)是最为有效的措施，其次是(2) 和(3)，而(4)只是起到一定的辅助作用而为前三项服务，总体思路 是将这些方式共同运用，以综合的作用效果使得系统中作业管路表现为明显脉动流动特征的同时，局部出现定常流动状态，从而实现在不
影响脉动流作业的前提下完成脉动流量平均值的有效测量。此外，上
述脉动流量测量方法是以空气为工作介质进行设计的，本测量方法对
于液体、多相流工质，如水、油、烟气等同样适用。
以压力脉动曲线中波峰与波谷的压力差值为脉动振幅，并对同一
数据采集过程的压力进行多段化平均处理，使脉动振幅数据代表整体
水平。分别绘制了脉动振幅衰减率(观测位置对脉动流作业段入口位
置的脉动振幅之比)随流量和脉动频率的变化关系，如图4和图5所
不o
图4中各实验数据点的脉动频率相同，均为20Hz，侧重研究不同 流量下的脉动衰减效果(即为接近定常流动的程度)。由图可知，稳流 段对应的压力脉动振幅衰减率变化范围约为0.3~0.5，引风段对应值在 0.1以下，说明脉动频率为20Hz的状态下通过与脉动发生器采用正交 连接的方式，能够在不影响作业段脉动效果的基础上在稳流段衰减脉 动振幅50%以上；更进一步，正交连接的前提下增设大管径的引风段 (三方面措施的总效果)能够获得的脉动衰减效果达到90%以上，确 保了脉动流量平均值的有效测量。此外，由图中两条曲线的变化趋势 可知，随着管内流量的增加，压力脉动振幅衰减率增加，这说明提出 的本发明申请的脉动流量测量方法对于平均流量较大的脉动流，测量 效果更好。
图5中各实验数据点的平均流量值相同，均为197.82m3/h，侧重 研究不同脉动频率下的脉动衰减效果。首先，通过图中引风段的实验 曲线可以肯定其脉动流衰减效果较为明显，绝大部分实验点达到了 90%以上的衰减幅度，即在不同的脉动频率下简易脉动流量测量法均具有较高的有效性。同时，稳流段的衰减效果与脉动频率之间的变化
关系较为复杂， 一些脉动频率下，如10Hz、 20Hz、 30Hz、 60Hz、 70Hz、 80Hz等能够达到50%左右的脉动衰减程度，而另一些脉动频率工况下 的衰减效果并不明显，部分实验点出现了脉动效果增加的情况，如50 Hz、 90Hz、 100Hz等。出现这一现象的原因与脉动发生器自身特点和 系统管路的声学特性有关，在某些脉动频率对应的流动过程中，由于 脉动发生器所激励的脉动流动在距离发生器一定位置处^r有一定的延 时性(主要与气体的可压縮性、黏性等物理性质有关)，会导致多个周 期内的脉动振幅叠加而使总体效果获得增益，出现不衰减或强化的现 象。因此，采用入流方向与脉动发生器内腔轴线方向正交实现脉动衰 减的方法在特定的脉动频率下具有一定的局限性，某些脉动频率下这 一方法不起作用或起到反作用。这一特点对于三种措施作用下的综合 效果也有影响，如图5中引风段在50Hz和100Hz两处的实验结果。
本发明的有益效果主要表现在1，不受脉动流发生方法和设备的 限制，不仅广泛适用于包括旋转阀体式、突变几何通道自激励式、往 复运动活塞式、声激励式等各种脉动流的发生装置，而且对于脉动流 作业管路而言，对内壁光滑的管路和异型管均具能获得较好的测量精 度。2，适用于各种脉动流工质，对于气体、液体或者多相流的脉动流 量测量均有效果。3，在测量脉动流量的同时，不影响脉动流系统的正 常作业，不会造成作业管路中的阻尼增加和脉动分量的衰减，基本不 增加系统的总体能耗。4，所提出的测试方案，简单易行，对测量仪器 和测试水平要求较低，同时对应的硬件装置成本较低，总体的经济性 能较好。
图1是气体工质(通常使用空气)脉动流量测量方案的系统示意图。
图2是液体工质或多相流脉动流量测量方案的系统示意图。 图3是脉动发生器与脉动流作业管路的并联方式连接图。
图4是不同流量下的脉动衰减效果的示意图。 图5是脉动振幅衰减率与脉动频率的关系的示意图。
具体实施方式
'
下面结合附图对本发明作进一步描述。 实施例1
一种脉动流量测量方法，该方法所涉及的测量系统中，输送引导 管路1与输送泵4连接，输送泵4与脉动发生器8连接，脉动发生器 8与脉动流作业管路10连接，在输送引导管路1设置测速布点2，通 过流量计读取脉动流量。
所述输送引导管路1的内径为脉动作业管路10的内径的2 4倍。
所述输送泵4的出口连接稳流段7，所述稳流段7与脉动发生器8正
交连接。所述输送泵4的出口连接收縮式稳流元件6，所述收縮式稳
流元件6与稳流段7连接。 实施例2
参照图1 图3， 一种脉动流量测量系统，包括脉动发生器8，输 送引导管路1与输送泵4连接，所述输送泵4的出口连接稳流段7， 所述稳流段7与脉动发生器8连接，脉动发生器8与脉动流作业管路 IO连接，所述脉动发生器8与调速电机9连接，在输送引导管路l设 置测速布点2，所述测速布点2内安装流量传感器。所述输送引导管路的内径为脉动作业管路的内径的2~4倍。所述 稳流段与脉动发生器正交连接。所述输送泵4的出口连接收縮式稳流 元6件，所述收縮式稳流元件6与稳流段7连接。
所提出的脉动流量测量方法通过图1、图2所示的系统示意图实 现，其中，图l与气体脉动流对应，图2则针对液体或多相流脉动流
图1中各部件分别为l-输送引导管路(引风管路)；2-测速布点；
3-流量调节阀；4-输送泵(高压风机)；5-输送泵出口 (风机出口转接 口)； 6-收縮式稳流元件；7-稳流段；8-脉动发生器；9-调速电机；10-
脉动流作业管路。
图2中各部件分别为1-输送引导管路(引流管路)；2-测速布点； 3-流量调节阀；4-输送泵(高压离心泵)；5-输送泵出口 (出口转接口)；
6- 收縮式稳流元件；7-稳流段；8-脉动发生器；9-调速电机；10-脉动 流作业管路；ll-入流过渡管路；12-原始工质容器；13-回收工质容器； 14-出流过渡管路。
图3中各部件分别为15-发生器内腔；16-脉动流作业管路；17-活塞驱动曲柄；18-调速控制电机；19-脉动发生器附加管路；20-活塞。 以气体脉动流量测量过程为例，主要的技术措施为(1)在风机
之前设置引风管路，并在引风管适当位置设置测速布点，，这一点与常
规流量测量有很大不同，常规方法通常是在10-脉动流作业管路之前 设置流量计；(2)使引风管路的内径大于脉动流作业管路，通常取2~4 倍，并结合风机入口尺寸确定；(3) 7-稳流段与8-脉动发生器正交连 接，即脉动发生器的入流方向和出流方向垂直；(4)在5-风机出口与
7- 稳流段之间设置6-收縮式稳流元件，其内部可填充多孔介质或设置稳流栏栅；此外，对于大功率脉动激励方式的活塞式脉动发生器而言， 一些工程作业和实验测量过程要求发生器与主脉动流管路之间进行并
联方式连接，如图3所示，所提出的方法同样适用，所采用的技术方 法与上述(3)内容一致，使图1和图2中的"7-稳流段"与图3中的"16-脉动流作业管路"同轴的方式直接连接(图3中以箭头的方向表示图1 和图2中稳流段内的流体流动方向)，进而实现与"19-脉动发生器附加 管路"之间构成正交连接的方式，完成相应的流量测量要求。
空气脉动流量测量过程的具体流程为按照图1所示连接测试系 统，启动风机和脉动发生器后，空气从引风管路被高压风机送入系统 管路，依次经过风机出口、收縮式稳流元件6、稳流段7，随后进入脉 动发生器8形成脉动流，进而流入脉动流作业管路10，管路内形成了 稳定可靠的脉动流动过程，待系统运行稳定，在2-测速装置布点使用 测速传感器测量速度，并根据引风管路和脉动流作业管路10的内径数 据，最终确定通路内脉动流量值。
液体和多相流对应的脉动流量测量方案通过图2实现，对应流程
与图1相似，由于原始工质需要相关容器储存和回收，因此设置了对 应的装置。
同时，对于脉动发生器部分而言，由于不同的脉动发生方法给系 统带来了流动阻力和总体能耗不同，因此在构建系统过程中需要予以 考虑。在各种脉动发生装置中，活塞式脉动发生器能够显著的实现对 脉动频率的变化和控制，但相应的沿程阻力较大，与其它脉动发生器 的串联方式不同，这种发生器采用并联方式连入系统更为合理，如图 3所示。相关的脉动流量测量过程与上文所述相同，保持连接脉动发 生器的稳流管路与发生器正交即可。需要补充说明的是在风机前测速点处所采用的流量传感器，在使 用过程中应根据传感器自身的测量要求进行设计和操作，如设置一定 长度的前后稳流管路、多次测量、修正系统误差等，这些内容属于常 规定常流动流量测量的内容，可参考相关的技术标准和规程。
权利要求
1、一种脉动流量测量方法，该方法所涉及的测量系统中，输送导引管路与输送泵连接，输送泵与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流作业管路连接，其特征在于在输送导引管路设置测速布点，通过流量计读取脉动流量。
2、 如权利要求1所述的一种脉动流量测量方法，其特征在于所述输-送导引管路的内径为脉动作业管路的内径的2~4倍。
3、 如权利要求1或2所述的一种脉动流量测量方法，其特征在于所 述输送泵的出口连接稳流段，所述稳流段与脉动发生器正交连接。
4、 如权利要求3所述的一种脉动流量测量方法，其特征在于所述输 送泵的出口连接收縮式稳流元件，所述收縮式稳流元件与稳流段连接。
5、 一种用如权利要求1所述的脉动流量测量方法实现的领t量系统，包 括脉动发生器，输送导引管路与输送泵连接，所述输送泵的出口连接 稳流段，所述稳流段与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流作业管 路连接，所述脉动发生器与调速电机连接，其特征在于在输送导引 管路设置测速布点，所述测速布点内安装流量传感器。
6、 如权利要求5所述的测量系统，其特征在于所述输送导引管路的管径为脉动作业管路的管径的2~4倍。
7、 如权利要求5或6所述的测量系统，其特征在于所述稳流段与脉动发生器正交连接。
8、 如权利要求7所述的测量系统，其特征在于所述输送泵的出口连接收縮式稳流元件，所述收縮式稳流元件与稳流段连接。
全文摘要
一种脉动流量测量方法，该方法所涉及的测量系统中，输送引导管路与输送泵连接，输送泵与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流作业管路连接，在输送引导管路设置测速布点，通过流量计读取脉动流量。以及一种脉动流量测量系统，包括脉动发生器，输送引导管路与输送泵连接，所述输送泵的出口连接稳流段，所述稳流段与脉动发生器连接，脉动发生器与脉动流作业管路连接，所述脉动发生器与调速电机连接，在输送引导管路设置测速布点，所述测速布点内安装流量传感器。本发明能够在较低成本的前提下实现可靠测量。
文档编号G01F1/72GK101614571SQ20091010132
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者璋 徐, 华 李, 凯 邓, 钟英杰 申请人:浙江工业大学