Тръба на Пито
Тръбата на Пито и антената на Prandtl са идентични устройства за измерване на скоростта на течностите. Те се използват главно за анемометрия в аеронавтиката.
Категории:
Сензор - Електронен компонент - Механика на флуида - Пилотен инструмент
The тръба на пито и Антената на Прандл са идентични устройства за измерване на скоростта на течностите. Те се използват главно за анемометрия в аеронавтиката. Името си дължи на френския физик Анри Пито, който през 1732 г. предлага система за измерване на течаща вода и скорост на лодката. Тогава това първо измервателно устройство е усъвършенствано от Хенри Дарси, след това от Лудвиг Прандтл.
Исторически
Тръбата на Пито дължи името си на френския физик Анри Пито (1695-1771), който е първият през 1732 г., който предлага „машина за измерване на скоростта на течащата вода и следите от съдове“ [1] [2]. Концепцията е възприета и усъвършенствана от френския инженер Хенри Дарси [3], след това от Лудвиг Прандтл, който мисли да използва тръбата в тръба за измерване на локалните скорости на потока на течността.
В аеронавтиката, от технологична гледна точка, тя е наследник на устройството Etévé. Тръбата на Пито е градивен елемент на анемобарометричната система.
Принцип
Пито-статична тръба или тръба на Prandtl (или антена на Prandtl) се състои от две концентрични огънати тръби, чиито отвори в комуникация с флуида, чиято скорост искаме да измерим, са подредени по специфичен начин:
- Външната тръба се отваря перпендикулярно на потока течност. Следователно налягането в тази тръба е равно на околното налягане или статично налягане;
- Вътрешната тръба е успоредна на потока на течността и е отворена в края си, обърната към потока. Следователно налягането в последното е общото налягане, сбор от статично и динамично налягане.
Манометър измерва разликата в налягането между двете тръби, т.е. динамичното налягане, и следователно дава възможност да се изчисли скоростта на потока на течността около тръбата. Тази скорост съответства на относителния вятър и в аеронавтиката е една от основните информации за пилота, който винаги трябва да поддържа самолета си над неговата скорост на спиране и под максималната му скорост. Също така дава възможност, като се знае скоростта на вятъра, да се изчисли скоростта на земята и консумацията на самолета.
Изчисляване на скоростта
Случай на несвиваем поток
В случай на несвиваем поток (т.е. в дозвуков режим за число на Мах, по-малко от 0, 4), скоростта се изчислява чрез прилагане на теоремата на Бернули. След това пренебрегваме термина z да има пряка връзка между скоростта и динамичното налягане pt -ps че измерваме със сензор за налягане или обикновен манометър.
v = скорост пс = статично налягане пт = общо налягане ρ = плътност на течността
Терминология
Използването на термина динамично налягане заслужава да бъде изяснено. Тръбата на Пито измерва два натиска. Единият е статично налягане, което е атмосферно налягане в обичайния смисъл на термина и което зависи от надморската височина. Другото е общо налягане, което включва термин, наречен динамичен (равен на ½ ·ρ·v² при условията на теоремата на Бернули), хомогенна на налягане, но която зависи от потока, а не от атмосферното налягане. Този термин съответства на кинетичната енергия на флуидната частица от единица обем, задвижвана от скоростта v.
Случай на сгъстим поток
В случай на сгъстим поток (число на Мах по-голямо от 0, 4) е необходимо да се използва формулировката на теоремата на Бернули, разширена до сгъстими потоци. Като пренебрегваме разликата във височината z, следната връзка се използва за изчисляване на числото на Мах:
(за М М = Махово число пт = общо налягане пс = статично налягане γ = съотношение на топлинния капацитет на флуида Cp/Cv.
На практика човек вече не се интересува от измерването на динамичното налягане, определено като pt - ps; устройствата, проектирани за този диапазон на скоростта, измерват статичното и общото налягане поотделно и предават стойностите на компютър.
Свръхзвуков поток
В случай на свръхзвуков поток (число на Мах по-голямо от 1), динамичното налягане вече няма проста физическа интерпретация. Трябва да обърнем формулата на Рейли, за да получим числото на Мах:
(за М > 1)
Символите имат същото значение, както във формулите по-горе.