ТРУБКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ

В гидроаэромеханике, устройства для измерения величины и направления скорости, а также расхода жидкости или газа, основанные на определении давления в потоке. Применяются для измерения скоростей течения водных и воздушных потоков, а также относит. скоростей движения судов и самолётов.

Широко распространена комбиниров. трубка Пито — Прандтля, к-рая представляет собой цилиндрич. трубку с полусферич. носиком (рис. 1), ось к-рой устанавливается вдоль потока. Через центр. отверстие на полусфере (критич. точка) измеряется полное давление р0, к-рое реализуется при изоэнтропич. торможении потока до нулевой скорости. Другое отверстие (или ряд отверстий) I располагается на боковой поверхности трубки и служит для измерения статич. давления р.

Рис. 1. Схема трубки Пито — Прандтля.

Геом. форма Т. и., форма отверстий и расстояние от них до носика трубки выбираются так, чтобы давление в боковых отверстиях по возможности мало отличалось от статич. давления в исследуемой точке потока. Небольшое несоответствие давлений учитывается поправочным коэфф. x, к-рый определяют калибровкой. Зная р и р0, вычисляют скорость потока v на основании Бернулли уравнения. Для несжимаемой жидкости v= ?(2x(р0-р)/r); плотность r может быть найдена по Клапейрона уравнению или др. способом. При скоростях воздуха выше 50—60 м/с необходимо учитывать сжимаемость воздуха.

Трубка Пито — Прандтля применяется также для определения v и Маха числа М в сверхзвук. потоке. В этом случае перед трубкой образуется ударная волна и измеряемое в центр. отверстии давление практически равно давлению торможения р'0 за прямой ударной волной. При известном из др. измерений давлении изоэнтропич. торможения p0 по величине отношения p'0/p0 можно определить М в потоке перед трубкой. Измеряемые трубкой значения р0 или р'0 (соотв. при дозвук. или сверхзвук. скоростях) почти не зависят от угла между вектором местной скорости и осью трубки, пока этот угол не превышает 15—20°, но значения статич. давления р сильно зависят от этого угла даже при небольшой его величине.

При малых скоростях потока (V<6 м/с) или при больших разрежениях, когда Рейнольдса число Re<300, наблюдается значит. возрастание коэфф. x. Трубкой Пито — Прандтля можно пользоваться и при очень малых Re, включая и .свободномолекулярное течение (см. ДИНАМИКА РАЗРЕЖЕННЫХ ГАЗОВ) (при M/Re>1), однако её практич. применение для этих течений наталкивается на ряд трудностей, связанных с калибровкой и измерением весьма малых абс. давлений.

Для измерения скорости потока существует множество модификаций трубки Пито — Прандтля (трубки Брабе, Лосиевского, Престона и др.); кроме того, скорость определяют Вентури трубкой. Направление потока измеряют цилиндрич. и сферич. насадками, комбинациями из трёх расположенных под углом друг к другу трубок Пито и т. д., показания к-рых очень чувствительны к направлению потока.

Для исследования полей скоростей в пограничном слое потока вязкой жидкости или газа вблизи тв. стенки применяется трубка Стэнтона, измеряющая скоростной напор в потоке с большим вертик. градиентом скорости (рис. 2); она устанавливается непосредственно на поверхности обтекаемого тела и перемещается по вертикали микрометрич. винтом. Измеренное трубкой давление относится к эфф. расстоянию от стенки, определяемому из калибровки. Скорость вычисляют по разности полного давления, измеренного трубкой, и статич. давления на стенке канала.

Рис. 2. Схема трубки Стэнтона.