Измерение скорости потока воздуха в аэродинамической трубе

Измерение скорости воздушного потока основано на определении давления, которое может быть найдено различными способами. На основании уравнения Бернулли скорость несжимаемого воздушного потока

т. е. зависит от разности полного и статического давлений, отнесенной к плотности воздуха, значение которой принимают по номограмме (рис. 4.47).

Номограмма для определения плотности воздуха в зависимости от температуры

Рис 4.47. Номограмма для определения плотности воздуха в зависимости от температуры

и давления

Для определения величины давления обычно служат жидкостные манометры. Жидкость, используемая в манометрах, должна отличаться химической стойкостью и малыми вязкостью, капиллярностью и испаряемостью, что обеспечивает необходимую точность измерений.

На рис. 4.48 представлены различные типы манометров.

В обычных U-образных манометрах (рис. 4.48, а) величина давления определяется по разности уровней жидкости в коленах трубки, зависящей от высоты трубки и плотности применяемой жидкости. В бачковом манометре (рис. 4.48 б) сечение трубок различно и одна из них представляет собой бачок. Высота столба, уравновешивающая разность давлений, h=hj+h2. Тогда

где Fj - площадь сечения трубки; F2 - площадь сечения бачка; у - плотность рабочей жидкости манометра.

На рис. 4.48 в изображен наклонный микроманометр, у которого перемещение мениска жидкости по отношению к стенкам измерительной трубки увеличивается при ее наклоне, а чувствительность наклонного микроманометра является функцией угла наклона трубки.

На рис. 4.48 г изображен микроманометр ЛПИ, состоящий из бачка 1 трубки 2 с измерительной дугой 3 и демпфера 7, смонтированных на металлическом основании 4 с установочными винтами 6 и уровнями 5, и позволяет измерять давление (с погрешностью 1%) водяного столба 0 3 мм.

В микроманометре ЦАГИ измерительная трубка соединена с бачком неподвижно и угол ее наклона может изменяться лишь при повороте вместе с баком в специальной обойме.

Манометры

Рис. 4.48. Манометры: а - U-образный; б - банковый; в - наклонный; г - банковый (ЛПИ); д - автоматический рычажный; е - батарейный 126

В качестве упругого элемента для механических манометров используют пружину, мембрану или сильфон, причем наибольшее применение получил последний (рис. 4.48 <)). Давления р/ и р2 подводят внутрь сильфонов 15 и 14, расположенных по разные стороны оси качания рычага 13. Замыкание контактов датчика 12, вызванное нарушением равновесия рычага, включает серводвигатель 8, перемещающий при помощи ходового винта 9 груз 10 до восстановления равновесия. Счетчик 11 фиксирует величину перемещения груза, которая и определяет, в известном масштабе, замеряемую разность давлений.

Схема батарейного манометра, используемого при исследовании эпюр распределения давлений на поверхности автомобиля или его модели, представлена на рис. 4.48 е). Две крайние трубки показывают уровень жидкости в баке, т. е. характеризуют то давление, с которым сравнивают давления в измеряемых точках, соединенных с остальными трубками. К баку подводят статическое давление. В батарейных манометрах обычно применяют трубки с большим внутренним диаметром.

Широкое распространение получил метод одновременного замера статического и полного давлений при помощи комбинированной трубки Пито-Прандтля (рис. 4.49), используемой в авиации для определения скорости летательных аппаратов. Она состоит из трубки 2, помещенной внутри корпуса 7.

Комбинированная трубка Пито-Прандтля

Рис. 4.49. Комбинированная трубка Пито-Прандтля

Передняя часть корпуса выполнена в виде полусферы. Щелевидные отверстия на цилиндрической части корпуса служат приемниками статического давления. Форма этих отверстий может оказать заметное влияние на измеряемое давление. Проводившиеся исследования позволяют заключить, что наилучщие результаты могут быть получены при использовании семи круглых отверстий, расположенных в одном сечении. Отверстие в носовой части трубки воспринимает полное давление.

Измеренные величины всегда будут несколько отличаться от истинных значений, так как сам прибор искажает характер воздушного потока. Кроме того, использование трубки Пито-Прандтля возможно лишь при потоках с небольшими градиентами давления по длине, так как если эти градиенты значительны, то различия давлений в сечениях, где замеряют статический и полный напоры, будут искажать показания.

Трубкой Пито-Прандтля скорости больше 5 м/с могут быть измерены с погрешностью ±1%. Для измерения малых скоростей, характерных для внутренних потоков в пассажирских салонах автомобилей, применяют термоэлектрические анемометры. Их безынерционность позволяет также изучать колебания скорости при неустановившихся течениях. Действие термоэлектрических анемометров основано на зависимости между скоростью воздуха и коэффициентом его теплопередачи, с одной стороны, и температурой и электрическим сопротивлением провода - с другой.

Температуру провода диаметром 15-20 мкм, по которому проходит электрический ток, определяют по количеству тепла, отдаваемого воздуху, по силе тока. Коэффициент теплопередачи воздуха тем выше, чем больше скорость его движения, а с увеличением коэффициента теплопередачи уменьшается температура провода и его сопротивление, которое и подвергается непосредственному измерению (рис. 4.50 а). Для обеспечения постоянства силы тока провод анемометра должен быть включен в электрическую цепь последовательно с источником тока и реостатом. Скорость определяют (в соответствии с предварительной тарировкой) по включенному параллельно в цепь вольтметру, который показывает разность потенциалов, зависящую от изменения сопротивления провода.

Другим способом использования термоэлектрического анемометра является включение его в цепь моста Уинстона (рис. 4.50 б). В этом случае сопротивления плеч моста подбирают так, чтобы ток в его диагонали был равен нулю при заданном сопротивлении нагреваемого провода, помещенного в воздушный поток.

Схемы термоэлектрических анемометров для определения скорости

Рис. 4.50. Схемы термоэлектрических анемометров для определения скорости: а - по изменению разности потенциалов; б - мостиком Уинстона

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >