8.11: Tubo Pitot-statico: un dispositivo per misurare la velocità del flusso d'aria

1. Registrazione delle letture della pressione del manometro con variazioni della velocità dell'aria.

1. Collegare le due conde condizione del tubo pitot-statico alle due porte del manometro. Il manometro deve essere riempito con olio colorato e contrassegnato come graduazioni di pollici d'acqua.
2. Inserire il tubo pitot-statico nel raccordo filettato in modo che la testa di rilevamento si trova al centro della sezione di prova della galleria del vento e il tubo sia puntato a monte. La sezione di prova dovrebbe essere 1 ft x 1 ft e la galleria del vento dovrebbe essere in grado di sostenere una velocità dell'aria di 140 mph.
3. Utilizzare un inclinometro per regolare il tubo pitot-statico su un angolo di attacco di grado zero.
4. Esegui la galleria del vento a 50 mph e quindi registra la lettura della differenza di pressione al manometro.
5. Aumentare la velocità dell'aria nella galleria del vento di 10 mph e registrare la differenza di pressione al manometro.
6. Ripeti 1,5 fino a quando la velocità dell'aria raggiunge 130 mph. Registra tutti i risultati.

2. Indagare sulla precisione dei tubi pitot-statici con un angolo di attacco positivo.

1. Utilizzare l'inclinometro per regolare l'angolo di attacco a 4° positivo.
2. Esegui la galleria del vento a 100 mph e registra la lettura della differenza di pressione sul manometro.
3. Aumentare l'angolo di attacco di incrementi di 4° e ripetere i passaggi 2.1 - 2.2 fino a un angolo di attacco di 28°. Registra tutti i risultati.

Le velocità sconosciute in un flusso d'aria, ad esempio la velocità dell'aria di un aereo, sono tipicamente misurate utilizzando un tubo statico di Pitott. Il tubo statico pitot si basa sul principio di Bernoulli, in cui l'aumento di velocità di un fluido è direttamente correlato alle variazioni di pressione.

Il fluido stesso esercita una pressione sull'ambiente circostante, chiamata pressione statica. Se la velocità del fluido è zero, la pressione statica è al massimo. Questa pressione è definita come la pressione di ristagno o pressione totale.

All'aumentare della velocità del fluido, esercita una pressione statica sull'ambiente circostante e forze dovute alla velocità e alla densità del fluido. Queste forze sono misurate come pressione dinamica, che è direttamente correlata alla densità e alla velocità del fluido.

Secondo il principio di Bernoulli, la pressione di ristagno è uguale alla somma della pressione statica e della pressione dinamica. Quindi, se siamo interessati a determinare la velocità del fluido, possiamo sostituire l'equazione per la pressione dinamica e risolvere la velocità come mostrato. La differenza tra la pressione di ristagno e la pressione statica è chiamata differenziale di pressione, delta P.

Quindi come misuriamo il ristagno e le pressioni statiche per determinare il delta P e quindi la velocità? È qui che entra in gioco il tubo statico di pitot.

Un tubo statico a pitot ha due serie di aperture. Un'apertura è orientata direttamente nel flusso d'aria, mentre una seconda serie di aperture è perpendicolare al flusso d'aria. L'apertura rivolta verso il flusso rileva la pressione di ristagno e le aperture perpendicolari al flusso rilevano la pressione statica. Il differenziale di pressione, delta P, viene quindi misurato utilizzando un trasduttore di pressione o un manometro del fluido.

Un manometro per fluidi è un tubo a forma di U contenente un liquido. Alla pressione ambiente, dove il delta P è uguale a zero, il fluido nel manometro è livellato ad un'altezza iniziale. Quando il manometro subisce un differenziale di pressione, l'altezza del fluido del manometro cambia, e possiamo leggere la variazione di altezza come delta h.

Possiamo quindi calcolare il differenziale di pressione, delta P, che è uguale alla densità del liquido nel manometro, moltiplicato per l'accelerazione gravitazionale, moltiplicato per il delta h. Quindi, sostituendo il differenziale di pressione calcolato nella nostra equazione precedente, possiamo calcolare la velocità del fluido.

In questo esperimento, misurerai diverse velocità del vento in una galleria del vento utilizzando un tubo statico di Pitot e un manometro a fluido. Si calcolerà quindi l'errore percentuale nelle misurazioni della velocità dell'aria raccolte utilizzando un tubo statico di Pitot disallineato.

Per questo esperimento, avrai bisogno di accedere a una galleria del vento aerodinamica con una sezione di prova di 1 piede per 1 piede e una velocità massima dell'aria operativa di 140 mph. Avrai anche bisogno di un tubo statico pitot e di un manometro riempito di olio colorato, ma contrassegnato come graduazioni in pollici d'acqua.

Iniziare collegando i due cavi del raccordo del tubo statico pitot alle porte del tubo del manometro utilizzando un tubo morbido. A questo punto, aprire la sezione di prova e inserire il tubo pitot-statico nei raccordi filettati anteriori. Orientare il tubo statico in modo che la testa di rilevamento si trovi al centro della sezione di prova, rivolta verso l'alto. Usa un inclinometro portatile per misurare l'angolo di attacco e regola il tubo di Pitot per raggiungere un angolo di zero. Quindi chiudere la parte anteriore e superiore della sezione di prova.

Ora, accendi la galleria del vento, imposta la velocità a 50 mph e osserva la differenza di altezza sul manometro. Registra la differenza di altezza. Quindi, aumentare la velocità del vento a 60 mph e registrare nuovamente la differenza di altezza sul manometro.

Ripetere questa procedura, aumentando la velocità del vento, con incrementi di 10 mph, fino a quando la velocità del vento raggiunge i 130 mph. Registrare la differenza di altezza sul manometro per ogni velocità del vento. Quindi, ferma la galleria del vento e apri la sezione di prova.

Utilizzando l'inclinometro portatile, regolare l'angolo di attacco su un valore positivo di 4 °C. Quindi, chiudi la sezione di prova e percorri la galleria del vento a 100 mph. Registra la differenza di altezza del manometro sul tuo notebook. Ripetere questa procedura per angoli di incidenza fino a 28? Usando 4? Incrementi. Registra la differenza di altezza del manometro per ogni angolo a 100 mph.

Ora, diamo un'occhiata a come analizzare i dati. Innanzitutto, ricordiamo che la pressione di ristagno, ovvero la pressione con velocità di flusso nulla, è uguale alla pressione statica più la pressione dinamica. La pressione dinamica è direttamente correlata alla densità del fluido e alla velocità del flusso. Possiamo riorganizzare l'equazione per esprimere la velocità del flusso in termini di differenziale di pressione e densità del fluido.

Il differenziale di pressione viene misurato utilizzando il manometro, dove il differenziale di pressione è uguale alla densità del liquido moltiplicato per g volte la differenza di altezza nel manometro. Pertanto, la velocità del flusso è prevista dall'equazione mostrata.

La densità dell'aria, la densità dell'acqua e l'accelerazione gravitazionale sono note. Utilizzando la differenza di altezza del manometro per ogni velocità dell'aria in galleria del vento con angolo di incidenza zero, calcolare la velocità dell'aria misurata dal tubo statico di Pito. Come si può vedere, l'errore percentuale è piuttosto piccolo, dimostrando che il tubo statico di Pitot può prevedere con precisione la velocità dell'aria, con l'errore introdotto dalle impostazioni dell'aria della galleria del vento, dalle letture del manometro e da altri errori dello strumento.

Ora, calcola la velocità dell'aria a vari angoli di incidenza quando la galleria del vento è stata azionata a 100 mph. Come puoi vedere, le velocità dell'aria calcolate sono abbastanza vicine a quelle previste.

La differenza percentuale viene calcolata confrontando la velocità dell'aria calcolata con la velocità dell'aria misurata all'angolo di attacco zero. Tutte le differenze sono inferiori al 4% per gli angoli misurati, dimostrando che il tubo pitot-statico è generalmente insensibile al disallineamento con la direzione del flusso.

In sintesi, abbiamo appreso come i tubi statici di Pitot utilizzano il principio di Bernoulli per determinare la velocità di un fluido. Abbiamo quindi generato una gamma di velocità dell'aria in una galleria del vento e utilizzato un tubo statico di Pitot per misurare le diverse velocità dell'aria. Ciò ha dimostrato la sensibilità predittiva del tubo pitot-statico.