أنبوب بيتوت ثابت: جهاز لقياس سرعة تدفق الهواء

ما يتم قياس السرعات غير المعروفة في تدفق الهواء ، على سبيل المثال ، سرعة الهواء للطائرة ، باستخدام أنبوب ثابت بيتو. يعتمد الأنبوب الثابت على مبدأ برنولي ، حيث ترتبط الزيادة في سرعة السائل ارتباطا مباشرا بتغيرات الضغط.

يمارس السائل نفسه ضغطا على البيئة المحيطة ، يسمى الضغط الساكن. إذا كانت سرعة السائل صفرا ، فإن الضغط الساكن يكون في الحد الأقصى. يعرف هذا الضغط بأنه ضغط الركود أو الضغط الكلي.

مع زيادة سرعة السائل ، فإنه يمارس ضغطا ثابتا على المناطق المحيطة بالإضافة إلى القوى الناتجة عن سرعة السائل وكثافته. يتم قياس هذه القوى على أنها الضغط الديناميكي ، والذي يرتبط ارتباطا مباشرا بكثافة السائل وسرعة السائل.

وفقا لمبدأ برنولي ، فإن ضغط الركود يساوي مجموع الضغط الساكن والضغط الديناميكي. وبالتالي ، إذا كنا مهتمين بتحديد سرعة المائع ، فيمكننا استبدال المعادلة بالضغط الديناميكي وحل السرعة كما هو موضح. يسمى الفرق بين ضغط الركود والضغط الساكن بفرق الضغط ، دلتا P.

إذن كيف نقيس الركود والضغوط الساكنة لتحديد دلتا P وبالتالي السرعة؟ هذا هو المكان الذي يأتي فيه أنبوب pitot-static.

يحتوي الأنبوب الثابت على مجموعتين من الفتحات. يتم توجيه فتحة واحدة مباشرة إلى تدفق الهواء ، بينما تكون المجموعة الثانية من الفتحات عمودية على تدفق الهواء. تستشعر الفتحة التي تواجه التدفق ضغط الركود ، وتستشعر الفتحات العمودية على التدفق الضغط الساكن. ثم يتم قياس فرق الضغط ، دلتا P ، إما باستخدام محول ضغط أو مقياس ضغط السوائل.

مقياس ضغط السوائل هو أنبوب على شكل حرف U يحتوي على سائل. عند الضغط المحيط ، حيث دلتا P يساوي صفرا ، يكون السائل الموجود في مقياس الضغط مستويا عند ارتفاع أولي. عندما يواجه مقياس الضغط فرق الضغط ، يتغير ارتفاع سائل مقياس الضغط ، ويمكننا قراءة التغير في الارتفاع على أنه دلتا h.

يمكننا بعد ذلك حساب فرق الضغط ، دلتا P ، وهو يساوي كثافة السائل في مقياس الضغط ، مضروبا في تسارع الجاذبية ، مضروبا في دلتا h. بعد ذلك، باستبدال فرق الضغط المحسوب في المعادلة السابقة، يمكننا حساب سرعة السوائل.

في هذه التجربة ، ستقيس سرعات الرياح المختلفة في نفق الرياح باستخدام أنبوب ثابت ومقياس ضغط السوائل. ستقوم بعد ذلك بحساب النسبة المئوية للخطأ في قياسات سرعة الهواء التي تم جمعها باستخدام أنبوب ثابت منحرف.

في هذه التجربة ، ستحتاج إلى الوصول إلى نفق رياح ديناميكي هوائي مع قسم اختبار يبلغ 1 قدم × 1 قدم وسرعة هواء تشغيل قصوى تبلغ 140 ميلا في الساعة. ستحتاج أيضا إلى أنبوب ثابت ومقياس ضغط مملوء بالزيت الملون ، ولكن تم تمييزه على أنه تخرج بحجم بوصة مائية.

ابدأ بتوصيل خيوط تركيب الأنبوب الثابت بالمنافذ الأنبوبية لمقياس الضغط باستخدام أنابيب ناعمة. الآن ، افتح قسم الاختبار وأدخل الأنبوب الثابت في التركيبات الملولبة الأمامية. قم بتوجيه الأنبوب الثابت بحيث يكون رأس الاستشعار في وسط قسم الاختبار ، مشيرا إلى المنبع. استخدم مقياس ميل محمول باليد لقياس زاوية الهجوم ، واضبط أنبوب pitot للوصول إلى زاوية صفر. ثم أغلق الجزء الأمامي والعلوي من قسم الاختبار.

الآن ، قم بتشغيل نفق الرياح ، واضبط السرعة على 50 ميلا في الساعة ، ولاحظ فرق الارتفاع على مقياس الضغط. سجل فرق الارتفاع. بعد ذلك ، قم بزيادة سرعة الرياح إلى 60 ميلا في الساعة وسجل مرة أخرى فرق الارتفاع على مقياس الضغط.

كرر هذا الإجراء ، مع زيادة سرعة الرياح ، بزيادات قدرها 10 ميل في الساعة ، حتى تصل سرعة الرياح إلى 130 ميلا في الساعة. سجل فرق الارتفاع على مقياس الضغط لكل سرعة رياح. ثم أوقف نفق الرياح وافتح قسم الاختبار.

باستخدام مقياس الميل المحمول باليد ، اضبط زاوية الهجوم على 4 درجات موجبة بعد ذلك ، أغلق قسم الاختبار وقم بتشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط في دفتر ملاحظاتك. كرر هذا الإجراء لزوايا الهجوم حتى 28 درجة باستخدام زيادات قدرها 4 درجات. سجل فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل زاوية بسرعة 100 ميل في الساعة.

الآن ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تحليل البيانات. أولا ، تذكر أن ضغط الركود ، أو الضغط بسرعة التدفق الصفرية ، يساوي الضغط الساكن بالإضافة إلى الضغط الديناميكي. يرتبط الضغط الديناميكي ارتباطا مباشرا بكثافة السوائل وسرعة التدفق. يمكننا إعادة ترتيب المعادلة للتعبير عن سرعة التدفق من حيث فرق الضغط وكثافة السوائل.

يتم قياس فرق الضغط باستخدام مقياس الضغط ، حيث يكون فرق الضغط مساويا لكثافة السائل مضروبا في g في فرق الارتفاع في مقياس الضغط. وبالتالي ، يتم التنبؤ بسرعة التدفق من خلال المعادلة الموضحة.

كثافة الهواء وكثافة الماء وتسارع الجاذبية معروفة. باستخدام فرق ارتفاع مقياس الضغط لكل سرعة هواء في نفق الرياح عند زاوية هجوم صفرية ، احسب سرعة الهواء المقاسة بواسطة أنبوب pitot-static. كما ترون ، فإن النسبة المئوية للخطأ صغيرة جدا ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت يمكن أن يتنبأ بسرعة الهواء بدقة ، مع حدوث خطأ من إعدادات هواء نفق الرياح ، وقراءات مقياس الضغط ، وأخطاء الأدوات الأخرى.

الآن ، احسب سرعة الهواء بزوايا هجوم مختلفة عندما تم تشغيل نفق الرياح بسرعة 100 ميل في الساعة. كما ترون ، فإن سرعات الهواء المحسوبة قريبة جدا مما هو متوقع.

يتم حساب فرق النسبة المئوية من خلال مقارنة سرعة الهواء المحسوبة بالسرعة الجوية المقاسة بزاوية الهجوم الصفرية. جميع الاختلافات أقل من 4٪ للزوايا المقاسة ، مما يدل على أن الأنبوب الثابت غير حساس بشكل عام لعدم المحاذاة مع اتجاه التدفق.

باختصار ، تعلمنا كيف تستخدم أنابيب pitot-static مبدأ برنولي لتحديد سرعة السائل. ثم قمنا بإنشاء مجموعة من سرعات الهواء في نفق الرياح واستخدمنا أنبوبا ثابتا لقياس سرعات الهواء المختلفة. أظهر هذا الحساسية التنبؤية للأنبوب الثابت pitot.