ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТЕЙ И РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ НАПОРНЫМИ ТРУБКАМИ

15-1. Общие сведения о методе измерения скоростей потока

Напорные трубки применяют для измерения скорости и давления в потоках, а также для измерения скоростей в пограничных слоях при экспериментальных исследованиях как в лабораторных, так и в производственных условиях. Они используются также для измерения расхода жидкостей и газов при исследованиях, испытаниях и в ряде других случаев. Специальные напорные трубки применяют, кроме того, для измерения скорости полета летающих аппаратов (точнее, скорости относительно воздушной среды).

Измерение скорости в потоке жидкости или газа напорными трубками сводится к измерению динамического давления (скоростного напора), которое равно разности полного и статического давлений и связано со скоростью соотношением, получаемым из уравнения Бернулли

откуда скорость невозмущенного потока в точке измерения равна.

где скорость движения газа или жидкости, плотность жидкости или газа в рабочих условиях, полное давление в лобовой точке напорной трубки, называемой критической, Па; статическое давление или так называемое гидродинамическое давление в невозмущенном потоке, Па.

Таким образом, для определения динамического давления а следовательно, и скорости в данной точке потока необходимо измерить разность полного и статического давлений. Измерение полного давления может быть осуществлено напорной трубкой с отверстием на лобовом ее конце (в критической точке), установленной навстречу движению потока, а статическое давление — через одно или несколько отверстий в стенке трубы (рис.

15-1-1). Так как для определения скорости в данной точке потока нужно измерить только разность давлений то обе трубки следует присоединить к микроманометру или жидкостному дифманометру. В уравнение (15-1-2) входит плотность среды, которую необходимо определить для рабочих условий с максимально возможной точностью (§ 14-5).

Рис. 15-1-1. Измерение динамического давления.

При измерении динамического давления микроманометром или дифманометром, в которых мерой значений является разность уровней рабочей жидкости, необходимо учитывать не только плотность последней, но также плотность среды, находящейся над рабочей жидкостью

Рассмотренный метод впервые был применен в 1732 г. Пито для измерения скорости в потоке воды, поэтому напорную трубку, схематично показанную на рис. 15-2-1, называют трубкой Пито.

Дальнейшее развитие этого метода измерения скоростей потока шло по пути создания комбинированных напорных трубок, снабженных отверстиями для приема как полного, так и статического давлений. В настоящее время применяют ряд конструкций напорных трубок, приспособленных как для лабораторных, так и для промышленных измерений скоростей потока. Необходимо иметь в виду, что как бы удачна ни была конструкция трубки, динамическое давление измеряется не вполне точно. Поэтому в правую часть формулы (15-1-2) вводят поправочный коэффициент. Если обозначить этот коэффициент через то

Коэффициент I, определяемый посредством градуировки, различен для разных конструкций трубок.

Формула (15-1-2) получена в предположении, что жидкость несжимаема и применима для капельных жидкостей и для газа при небольших скоростях здесь а — скорость звука в данной среде). При более высоких скоростях среды, но не превышающих скорости звука, определяется по формуле

где термодинамическая температура газа, определяемая по формуле (6-5-10); газовая постоянная; отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении и при постоянном объеме.