根据纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations） ， 流速与压力互为关联量 ， 速度分布畸变必然伴随着压力分布畸变 。 漩涡的本质也是一种由速度梯度分布畸变和压力梯度分布畸变引起的流动状态 ， 由于漩涡的存在 ， 使得在管道截面形成能量场的非对称分布 ， 偏离了水表测量的理想流场条件 。
速度分布畸变在绝大多数情形下都将对叶轮旋转起到加速作用 ， 使得水表的示值误差表现为偏正 ， 只有在极小可能下 ， 比如形成特定角度的射流时 ， 才对叶轮旋转起到减速作用 。
漩涡对叶轮作用的情形与速度分布畸变相似 ， 绝大多数情形下都将对叶轮旋转起到加速作用 ， 只有在极小可能下 ， 漩涡方向正好与叶轮旋转方向相反时才对叶轮旋转起到减速作用 。
在不同流态下 ， 速度分布畸变和漩涡的维持情况是不同的 。 湍流状态下 ， 流速越高 ， 雷诺数越大 ， 流体内部的能量交换也越强 ， 速度分布畸变和漩涡的维持时间也越短；层流状态下 ， 流速越低 ， 雷诺数越小 ， 流体内部的能量交换也越弱 ， 速度分布畸变和漩涡的维持时间也越长 。 因此 ， 速度分布畸变和漩涡对水表小流量的计量特性影响更为显著 ， 这也是国际标准 ISO 4064-2:2014和国际建议 OIML R49-2:2013《饮用冷水水表和热水水表 第2部分：试验方法》将流动干扰试验规定在分界流量 Q2下进行的原因所在 。
当脉动流采用系统综合平均方法进行统计计算时 ， 宏观上具有相对稳定的特征 ， 但微观上仍存在以统计平均流量为中心的无规则变化 。 这种无规则变化的特征信号即是一种噪声 ， 脉动量的概率分布密度可以用高斯函数来描述 。
脉动信号是一种强干扰信号 ， 脉动流通过与叶轮之间的能量交换将脉动信号耦合到了正常信号之中 。 尽管流量越大脉动信号的绝对强度也越大 ， 但相对强度则正好相反 ， 流量越小 ， 脉动信号的相对强度越高 ， 也即信噪比越小 。 因此脉动流也对水表小流量的计量特性影响更为显著 ， 这一结论与大量的试验结果是一致的 。 然而试验结果还表明 ， 脉动流下叶轮式水表的示值误差系统性地表现为偏正 。 尽管脉动信号具有随机信号的特征 ， 但脉动流仍然服从纳维-斯托克斯方程 ， 是一种流场形态 。 一种观点认为脉动流形成了一种振动场 ， 在振动作用下叶轮形成振动摩擦 ， 摩擦力和摩擦系数显著减小 ， 从而使示值误差呈现为系统性地偏正 。 尽管已知脉动流对叶轮式水表的计量特性有显著影响 ， 但目前仍缺乏有效的试验手段 ， 国际标准ISO 4064:2014和国际建议OIML R49:2013尚未将其列入流动干扰试验项目中 。
空化效应是一种隐密的噪声来源 ， 容易被忽视 。 与大气接触的水如未经脱氮脱氧处理 ， 会溶解一定的空气（主要是氮气和氧气） ， 在水中形成微气核 。 水泵在工作过程中通常也会吸入空气并将其搅碎、压缩成微小气团乃至微气核 。 微小气团大至可肉眼观察到的毫米尺度 ， 小至不可见的微米尺度；而微气核则大至微米尺度、小至纳米尺度 ， 不能被肉眼所察觉 。 这些气团和气核在表面张力的作用下容易吸附在叶轮表面 ， 并在随流体运动的过程中会因合并、核内水饱和蒸发、外部压力下降等原因而急剧扩张 。 如图2 所示 ， 当核内压力大于外部压力时 ， 气核发生瞬间溃灭 ， 释放出强度很高的激波（超声速冲击波）或高速微射流 。
文章插图
图2 空化效应发生过程
泵、螺旋桨、水轮机等叶轮机械相关的研究文献对空化效应的发生机理有大量的阐述 ， 叶轮机械长期在空化效应作用下表面会受到严重的侵蚀 ， 表明空化效应所产生的激波或高速微射流具有很高的能量密度 ， 对叶轮机械产生冲击 ， 其作用机理同样适用于水表叶轮 。