Трубки гидрометрические

Трубки гидрометрические, трубки пневмометрические, устройства для измерения величины и направления скорости, а также расхода жидкости или газа, основанные на измерении давления в потоке. Применяются для измерения скоростей течения воды в реках, каналах, лотках и трубах, скоростей воздушных потоков, а также относительных скоростей движения судов и самолётов.

  Широко распространена комбинированная трубка Пито — Прандтля, которая представляет собой цилиндрическую трубку с полусферическим носиком (рис. 1), ось которой устанавливается вдоль потока. Через центральное отверстие на полусфере (критическая точка) измеряется полное давление p₀; другое отверстие (или ряд отверстий) I располагается на боковой поверхности трубки на расстоянии нескольких диаметров трубки от носика и от державки и служит для измерения статического давления р. Геометрическая форма Т. п., форма отверстий и расстояние от них до носика трубки выбираются так, чтобы давление в боковых отверстиях по возможности мало отличалось от статического давления в исследуемой точке потока. Небольшое несоответствие давлений учитывается поправочным коэффициентом x, который определяют тарировкой. Зная р и p₀, вычисляют скорость потока v на основании уравнения Бернулли. Для несжимаемой жидкости ; плотность r может быть найдена по Клапейрона уравнению или другим способом. При измерении скоростей воздуха выше 50—60 м/сек необходимо учитывать сжимаемость воздуха. Трубка Пито — Прандтля применяется также для определения u и Маха числа М в сверхзвуковом потоке.

  При малых скоростях потока (u < 6 м/сек) или при больших разрежениях, когда Рейнольдса число Re < 300, наблюдается значительное возрастание коэффициента x; Трубкой Пито — Прандтля можно пользоваться и при очень малых Re, включая и свободномолекулярное течение (см. Аэродинамика разреженных газов) (при > 1), однако её практическое применение для этих течений наталкивается на ряд трудностей, связанных с тарировкой и измерением весьма малых абсолютных давлений.

  Для измерения скорости потока существует большое количество модификаций трубки Пито — Прандтля (трубки Брабе, Лосиевского, Престона и др.); кроме того, скорость мерят Вентури трубой. Направление потока измеряют цилиндрическими и сферическими насадками, комбинациями из трёх расположенных под углом трубок Пито и т.д., показания которых очень чувствительны к направлению потока.

  Для исследования полей скоростей в пограничном слое потока вязкой жидкости или газа вблизи твёрдой стенки применяется трубка Стэнтона, измеряющая скоростной напор в потоке с большим вертикальным градиентом скорости (рис. 2); она устанавливается непосредственно на поверхности обтекаемого тела и перемещается по вертикали с помощью микрометрического винта. Измеренное трубкой давление относится к эффективному расстоянию от стенки, определяемому из тарировки. Скорость вычисляют по разности полного давления, измеренного трубкой, и статического давления на стенке канала.

  Лит.: Физические измерения в газовой динамике и при горении, пер. с англ., ч. 1—2, М., 1957; Горлин С. М., Слезингер И. И., Аэромеханические измерения, М., 1964; Попов С. Г., Измерение воздушных потоков, М. — Л., 1947.

  Л. В. Козлов.

Рис. 2. Схема трубки Стэнтона.

Рис. 1. Схема трубки Пито — Прандтля.