流速的量测

流速的量测

　　 毕托管法
　　毕托管是实验室内量测时均点流速常用的仪器。这种仪器是1730年由享利·毕托(Henri Pitot)所首创，后经200多年来各方面的改进，目前已有几十种型式。下面介绍一种常用的毕托管，这种毕托管又称为普朗特(L. Prandtl)毕托管。

　　毕托管测速的基本原理如下：
　　设水流中某点A处的流速为u，如将一根两端开口的直角弯管插入水流并使其下端管口方向正对A点流速方向，则A点的流速由原来的u值变为零，而弯管中的液面将比测压管中的液面升高Δh（测压管液面为未受毕托管干扰时A点的测压管液面），弯管中液面的升高是由于水流的动能转化为势能所引起的。对于A点处质量为dm，重量为gdm的微小水体，在弯管未插入前具有的动能是。当弯管插入水流后，A点的流速由原来的u值变为零，该微小水体的动能全部转化为势能Δh dmg，即
　　　　　　　　
于是可得
　　　　　　　　
可见弯管与测压管的液面之差Δh表示水流中A点处的单位动能。这个两端开口的直角弯管就称为毕托管，可用以量测水流中某点的流速。将关系式改写为
　　　　　　　　
则只要量测出毕托管中的液面高差Δh，即可按上式计算出A点的流速值。

　　考虑到水流机械能在相互转化过程中存在能量损失，毕托管对水流有干扰以及毕托管与测压管的进口有一定距离等影响，上式需加以修正，写为：
　　　　　　　　
式中称为毕托管流速校正系数。

　　普朗特毕托管的构造如图1(a)所示，由图可以看出这种毕托管是由两根空心细管组成。细管1为总压管，细管2为测压管。量测流速时使总压管下端出口方向正对水流流速方向，测压管下端出口方向与流速垂直。在两细管上端用橡皮管分别与压差计的两根玻璃管相连接。

　　图1(b)为用毕托管测流速的示意图。用毕托管量测水流流速时，必须首先将毕托管及橡皮管内的空气完全排出，然后将毕托管的下端放入水流中，并使总压管的进口正对测点处的流速方向。此时压差计的玻璃管中水面即出现高差Δh。如果所测点的流速较小，Δh的值也较小。为了提高量测精度，可将压差计的玻璃管倾斜放置。施测时，读出两管沿斜方向的液面距离Δh＇，并根据玻璃管的倾斜角度θ换算出相应的垂直液面高差，将Δh代入公式中，即可得出所量测点的水流流速值。

　　关于毕托管流速校正系数，因其值与毕托管的构造、尺寸及表面光滑程度等因素有关，须经专门的率定实验来确定。一般值均由制造毕托管的工厂给出。由于值与1很接近，故通常近似地采用=1。

　　明流中，毕托管的量测范围一般约为0.15-2.0m／s。在有压管道中可用柱形毕托管进行测速，其最大测速限度可达6m／s。

　　用毕托管测流速时，仪器本身对流场会产生扰动，这是使用这种方法测流速的一个缺点。