有限元方法

[拼音]:pituoguan

[英文]:Pitot tube

測量氣流總壓(見壓力)的一種裝置,是18世紀法國工程師H.皮託發明的,故名。用實驗方法直接測量氣流的速度比較困難,但氣流的壓力則可以用測壓計方便地測出。因此,可用皮托管測量壓力,再應用伯努利定理算出氣流的速度。皮托管由一個圓頭的雙層套管組成(見圖),

外套管直徑為D,在圓頭中心O處開一與內套管相連的總壓孔,聯接測壓計的一頭,孔的直徑為0.3~0.6D。在外套管側表面距O約3~8D的C處沿周向均勻地開一排與外管壁垂直的靜壓孔,聯接測壓計另一頭。將皮托管安放在欲測速度的定常氣流中,使管軸與氣流的方向一致,管子前緣對著來流。當氣流接近O點處,其流速逐漸減低,流至O點滯止為零。所以O點測出的是總壓p0。其次,由於管子很細,C點距O點充分遠,因此C 點處的速度和壓力已經基本上恢復到同來流速度V

和壓力p

相等的數值,因而在C點測出的是靜壓。

對於低速流動(流體可近似地認為是不可壓縮的),由伯努利定理得確定流速的公式為:

。 (1)

根據測壓計測出的總壓和靜壓差p0-p

,以及流體的密度ρ,可以按照式(1)求出氣流的速度。

對於亞聲速流動以下關係式成立:

, (2)

(3)

式中

、c

、T

分別為來流的馬赫數、聲速和溫度;γ為比熱比;R為氣體常數。通過測壓計測出總壓p0和靜壓p

,利用測溫儀器測出來流的溫度T

,於是流速V

即可根據式(2)和式(3)求出。

對於超聲速流動,在皮托管頭部會產生離體激波(見激波),故以下關係成立:

,(4)

式中

是激波後駐點處的總壓。進一步可求出流速V

在高亞聲速流動和超聲速流動情形中,由於存在著多種干擾因素,利用靜壓孔測靜壓並不準確。這時常常改用其他方法測量靜壓。

由於測壓孔有一定面積,也由於支桿干擾和製作上等原因,測壓計測得的壓差不會正好是p0-p

,因此通常在式(1)的根號內乘上一個很接近於1的修正係數ξ(在0.98~1.05之間)。ξ值通過同標準皮托管作校正能求得。對於某些特殊型別的流動,如粘性起主要作用的低雷諾數流動和稀薄氣體流動,必須對常規皮托管的計算公式進行適當的修正,才能精確計算流速。