Трубка Пито- Прандтля в сверхзвуковом потоке

Трубка Пито — прибор для измерения динамического напора текущей жидкости (суспензии) или газа. Названа по имени её изобретателя (1732) французского учёного А. Пито (Н. Pitot).

Представляет собой Г-образную трубку. Установившееся в трубке избыточное давление приближённо равно:

где — плотность движущейся (набегающей) среды; — скорость набегающего потока; — коэффициент.

Напорная (пневмометрическая, или трубка полного напора) трубка Пито подключается к специальным приборам и устройствам. Применяется при определении относительной скорости и объёмного расхода в газоходах и вентиляционных системах в комплекте с дифференциальными манометрами.

Из уравнения (2.1) определяется скорость потока (м/с)

, (2.2)

Полное давление (давление заторможенного потока) р ^* может быть определено, если в критической точке А (см. рисунок 1) сделать отверстие и тонкой трубочкой соединить его с микроманометром или U-образным манометром. Статическое давление р, определяют с помощью щели или нескольких отверстий, размещенных в сечении 2-2, где скорость вновь приобретает значение с =с ₁. Отверстия в сечении 2 -2 называют статическими, так как они служат для измерения статического давления р.

Для увеличения точности измерений обычно сразу определяют разность полного и статического давлений, т. е. динамическое давление р _дин = р ^{* – р по разности уровней мерной жидкости в} U-образном манометре. Связь между высотой столба мерной жидкости (ртути, спирта, воды) h (м) и давлением р (Па) устанавливается соотношением

, (2.3)

где g =9,81 м/с ² – ускорение свободного падения.

Для воды плотность = 1000 кг/м ³ и, если высоту столба взять в мм (для этого нужно числитель умножить на 1000; для сохранения равенства (2.3) нужно и знаменатель умножить на 1000), то связь высоты столба воды в мм с создаваемым им давлением в Па определится выражением

р = 9,81 h, (2.4)

где 9,81 – коэффициент перевода давления, выраженного в мм водяного столба, в паскали (1мм вод. ст = 9,81 Па).

Если в выражении (2.2) динамическое давление выразить через динамический напор h _дин (разность уровней воды в U-образном манометре) в мм по формуле (2.4), то уравнение (2.3) для скорости примет вид

. (2.5)

Впервые трубки, изогнутые под углом 90^о, были применены в 1732 г. французским учёным Пито для измерения скорости потока воды в реке. Поэтому трубки, имеющие лишь одно отверстие в критической точке, т. е. трубки для измерения полного давления (напора), называют трубками Пито. Трубки, имеющие отверстия в критической точке и статические отверстия, иногда называют трубками Пито-Прандтля (см. рисунок 1).

К
онструктивные варианты комбинированных трубок (зондов) для измерения давления заторможенного потока р * и статического давления р представлены на рисунке 2 (а – продольно обтекаемые трубчатые (иглообразные приёмники); б – зонд с протоком и дренажными щелями; в – зонд с игольчатым приёмником статического давления). Зонд с протоком менее чувствителен к скосу потока (несовпадению оси трубки с вектором скорости) и требуется меньшее отверстие в трубе для его установки. Зонд с игольчатым приёмником статического давления используется при исследовании сверхзвуковых потоков.

Рисунок 2 – Виды комбинированных трубок (зондов) для измерения полного и статического давлений

При течении газа с большой скоростью его плотность изменяется и для расчета скорости надо пользоваться формулой Сен-Венана

, (2.6)

где k – показатель адиабаты (для воздуха k = 1,4).

При скоростях менее 70 м/с можно пользоваться формулой (2.2), погрешность при этой не превышает 1%.

Для измерения малых давлений используются микроманометры с наклонной трубкой (микроманометры Креля). Наклон измерительной трубки сделан для увеличения точности отсчёта. С этой же целью в прибор заливают спирт этиловый или ректификат с малой плотностью. В приборах с наклонной трубкой длина столбика спирта связана с пьезометрической высотой соотношением , где – угол наклона трубки к горизонту. Перевод пьезометрической высоты спирта h _c в высоту водяного столба производится по формуле

. (2.7)

Значения коэффициента указываются на кронштейне микроманометра, против соответствующих углов установки трубки.

 

.

Пограничный слой

1. Основные понятия

Теория движения идеального газа дает вполне удовлетворительную картину распределения действительных течений, за исключением областей, непосредственно прилегающих к поверхности обтекаемого тела. В этих областях существенное значение приобретают силы внутреннего трения или силы вязкости. Эта область имеет малую по сравнению с длиной тела протяженность в направлении нормали к поверхности тела и называется пограничным слоем.

В пограничном слое скорости меняются от нукля на поверхности тела до скорости внешнего потока на верхней границе пограничного слоя. Т.к. толщина слоя невелика, то градиенты скоростей в этой области достигает больших значений и, следовательно, поток обладает значительной завихренностью.

Физическая толщина пограничного слоя обозначается δ. Приближенно внешняя граница пограничного слоя определяется в тех точках, в которых скорость течения отличается от скорости внешнего потока на 1%.

Например, для профиля с величиной хорды b=100 мм,δ=1-2 мм.

Рассмотрим схему образования пограничного слоя на кромке кривого профиля. Т.к. скорости в пограничном слоя меняется от нуля на стенке поверхности, то естественно предположение, что некоторый участок слоя, прилегающий к стенке, всегда находится в ламинарном режиме.

 

 

А

I- зона ламинарного пограничного слоя

II- переходная область

III- турбулентный пограничный слой

 

1- ламинарный слой

2- переход от ламинарного течения к турбулентному

3- турбулентный участок

4- ламинарный подслой пограничного слоя

5- переходный подслой пограничного слоя

 

В направлении потока вдоль профиля толщина п.с. увеличивается, внешняя граница п.с. не совпадает с линиями тока и частицы внешнего потока непрерывно проникают в пограничный слой.

Участок, расположенный вблизи входной кромки, представляет собой зону ламинарного п.с. (I), II- переходная область, Ш- зона турбулентного пограничного слоя. Наиболее протяженной является зона III. Интенсивность завихрений в пограничном слое зависит от формы профиля, начальной скорости потока газа- Co, числа Re, от начальной турбулентности набегающего потока, от вязкости газа.

Согласно закону Ньютона, напряжение трения в п.с. пропорционально градиенту скорости в направлении нормали к поверхности.

μ- коэффицинт пропорциональности (коэффициент динамической вязкости.)

Чем больше изогнутость профиля, тем выше интенсивность завихрений в п.с.

Потери энергии при ламинарном течении меньше, чем при турбулентном- поэтому желательно, чтобы точка А находилась как можно дальше от входной кромки. Опыты показывают, что при увеличении начальной турбулентности и скорости потока точка А сдвигается к входной кромке. При уменьшении шероховатости поверхности точка А сдвигается от входной кромки.

ядро

ядро

ядро

По своей протяженности ядро потока составляет основную массу газа (96-98%) и подчиняется законам потенциального (безвихревого) движения- т.е. может описываться уравнениями для идеального газа.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: