流速的量測

　　 畢托管法
　　畢托管是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)量測時(shí)均點(diǎn)流速常用的儀器。這種儀器是1730年由享利·畢托(Henri Pitot)所首創(chuàng)，后經(jīng)200多年來各方面的改進(jìn)，目前已有幾十種型式。下面介紹一種常用的畢托管，這種畢托管又稱為普朗特(L. Prandtl)畢托管。

　　畢托管測速的基本原理如下：
　　設(shè)水流中某點(diǎn)A處的流速為u，如將一根兩端開口的直角彎管插入水流并使其下端管口方向正對(duì)A點(diǎn)流速方向，則A點(diǎn)的流速由原來的u值變?yōu)榱�，而彎管中的液面將比測壓管中的液面升高Δh（測壓管液面為未受畢托管干擾時(shí)A點(diǎn)的測壓管液面），彎管中液面的升高是由于水流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能所引起的。對(duì)于A點(diǎn)處質(zhì)量為dm，重量為gdm的微小水體，在彎管未插入前具有的動(dòng)能是。當(dāng)彎管插入水流后，A點(diǎn)的流速由原來的u值變?yōu)榱�，該微小水體的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為勢能Δh dmg，即
　　　　　　　　
于是可得
　　　　　　　　
可見彎管與測壓管的液面之差Δh表示水流中A點(diǎn)處的單位動(dòng)能。這個(gè)兩端開口的直角彎管就稱為畢托管，可用以量測水流中某點(diǎn)的流速。將關(guān)系式改寫為
　　　　　　　　
則只要量測出畢托管中的液面高差Δh，即可按上式計(jì)算出A點(diǎn)的流速值。

　　考慮到水流機(jī)械能在相互轉(zhuǎn)化過程中存在能量損失，畢托管對(duì)水流有干擾以及畢托管與測壓管的進(jìn)口有一定距離等影響，上式需加以修正，寫為：
　　　　　　　　
式中稱為畢托管流速校正系數(shù)。

回頁首 

  

　　普朗特畢托管的構(gòu)造如圖1(a)所示，由圖可以看出這種畢托管是由兩根空心細(xì)管組成。細(xì)管1為總壓管，細(xì)管2為測壓管。量測流速時(shí)使總壓管下端出口方向正對(duì)水流流速方向，測壓管下端出口方向與流速垂直。在兩細(xì)管上端用橡皮管分別與壓差計(jì)的兩根玻璃管相連接。

(a)畢托管結(jié)構(gòu) 　　　　　　　　　(b)畢托管測流速
圖1 普朗特畢托管


　　圖1(b)為用畢托管測流速的示意圖。用畢托管量測水流流速時(shí)，必須首先將畢托管及橡皮管內(nèi)的空氣完全排出，然后將畢托管的下端放入水流中，并使總壓管的進(jìn)口正對(duì)測點(diǎn)處的流速方向。此時(shí)壓差計(jì)的玻璃管中水面即出現(xiàn)高差Δh。如果所測點(diǎn)的流速較小，Δh的值也較小。為了提高量測精度，可將壓差計(jì)的玻璃管傾斜放置。施測時(shí)，讀出兩管沿斜方向的液面距離Δh＇，并根據(jù)玻璃管的傾斜角度θ換算出相應(yīng)的垂直液面高差，將Δh代入公式中，即可得出所量測點(diǎn)的水流流速值。

　　關(guān)于畢托管流速校正系數(shù)，因其值與畢托管的構(gòu)造、尺寸及表面光滑程度等因素有關(guān)，須經(jīng)專門的率定實(shí)驗(yàn)來確定。一般值均由制造畢托管的工廠給出。由于值與1很接近，故通常近似地采用=1。

　　明流中，畢托管的量測范圍一般約為0.15-2.0m／s。在有壓管道中可用柱形畢托管進(jìn)行測速，其最大測速限度可達(dá)6m／s。

　　用畢托管測流速時(shí)，儀器本身對(duì)流場會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，這是使用這種方法測流速的一個(gè)缺點(diǎn)。 

皮托管

　　皮托管，又名“空速管”，“風(fēng)速管”，英文是Pitot tube。

　　皮托管是測量氣流總壓和靜壓以確定氣流速度的一種管狀裝置。由法國H.皮托發(fā)明而得名。嚴(yán)格地說，皮托管僅測量氣流總壓，又名總壓管；同時(shí)測量總壓、靜壓的才稱風(fēng)速管，但習(xí)慣上多把風(fēng)速管稱作皮托管。皮托管的構(gòu)造如圖，頭部為半球形，后為一雙層套管。測速時(shí)頭部對(duì)準(zhǔn)來流，頭部中心處小孔（總壓孔）感受來流總壓p0，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓力計(jì)。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p，經(jīng)外套管也傳至壓力計(jì)。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，根據(jù)伯努利方程和能量方程可求出氣流馬赫數(shù)，進(jìn)而再求速度。但在超聲速流動(dòng)中，皮托管頭部出現(xiàn)離體激波，總壓孔感受的是波后總壓，來流靜壓也難以測準(zhǔn)，因而皮托管不再適用。總壓孔有一定面積，它所感受的是駐點(diǎn)附近的平均壓強(qiáng)，略低于總壓，靜壓孔感受的靜壓也有一定誤差，其他如制造、安裝也會(huì)有誤差，故測算流速時(shí)應(yīng)加一個(gè)修正系數(shù)ζ。ζ值一般在0.98～1.05范圍內(nèi) ，在已知速度之氣流中校正或經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)皮托管校正而確定。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，用途很廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)皮托管，測量相對(duì)空氣的飛行速度，又稱空速管。