Анри Пито

Анри Пито— французский геометр и инженер-гидравлик (1695—1771). Он возвел в Южной Франции многие общественные гидравлические сооружение.

Разрабатывал теорию водяного колеса и водяных насосов, вопросы сооружения арок мостов. Изобрел (1772) приспособление для измерения скорости течения воды (трубка Пито).

Т рубка Пито — приёмник полного давления в потоке жидкости (газа), представляющий собой Г-образную трубку, обращённую своим отверстием навстречу потоку.

Установившееся в трубке избыточное давление приближённо равно:

где   — плотность движущейся (набегающей) среды;

   — скорость набегающего потока;

   — коэффициент.

Измерение полного давления с помощью трубки Пито основано на полном торможении потока. Значение воспринимаемого трубкой давления зависит от угла между направлением потока и осью приёмной части. Степень этой зависимости определяется формой головной (приёмной) части трубки, отношением диаметра приёмного отверстия к внешнему диаметру трубки и в меньшей степени скоростью набегающего потока и другими факторами. Наибольшей чувствительностью к углу скоса потока обладают трубки Пито, имеющие хорошо обтекаемую форму головной части (сферическую, коническую, оживальную); она значительно меньше у трубки Пито с прямым срезом. Наименьшей чувствительностью к скосу потока обладают трубки. с протоком , которые обеспечивают измерение с погрешностью, не превышающей 1% при угле скоса до 50(°). П. т. применяются главным образом при определении потерь энергии в различных каналах. Используются также для измерения скорости полёта летательных аппаратов или потока газа или жидкости (при этом с помощью других средств одновременно измеряются статическое давление и температура торможения).

Л юдвиг Прандтль

Людвиг Прандтль (нем. Ludwig Prandtl, 4 февраля 1875, Фрайзинг — 15 августа 1953, Гёттинген) — немецкий физик. Он внёс существенный вклад в основы гидродинамики . В честь его был назван гидроаэрометрическое устройство, ставшее классическим приёмником воздушного давления для самолётов и вертолётов (трубка Прандтля).

В 1904 ввёл представление о пограничном слое и объяснил сопротивление формы при обтекании тела отрывом пограничного слоя . Изучал турбулентное течение в трубах, турбулентность свободной атмосферы, переход от ламинарного течения к турбулентному, исследовал сверхзвуковое истечение газов и паров под давлением. Именем Прандтля названы уравнения, понятия, приборы. Основал школу в прикладной гидроаэро-механике.

Трубка Прандтля

 аэродинамический прибор для измерения динамического давления. Прибор представляет собой комбинацию трубки Пито и напорной трубки для измерения статического давления потока. В трубке Прандтля имеется одно отверстие в направлении потока для измерения полного давления и несколько отверстий по кольцу вдоль поверхности трубки на некотором расстоянии от ее острия для измерения статического давления. Разница между давлениями может быть измерена с помощью манометра, согласно закону Бернулли эта разница является динамическим давлением. Установившееся в трубке динамическое давление приближённо равно

где   — плотность движущейся (набегающей) среды; 

 —скорость набегающего потока;   — коэффициент.

Этот прибор также называется расходомером скоростного напора Прандтля, так как позволяет вычислить скорость, а, следовательно, и расход в заданном сечении.

Схема трубки Пито — Прандтля

Пограничный слой

Это  область течения вязкой жидкости (газа) с малой по сравнению с продольными размерами поперечной толщиной, образующаяся у поверхности обтекаемого твёрдого тела или на границе раздела двух потоков жидкости с различными скоростями, температурами или химическим составом. П. с. характеризуется резким изменением в поперечном направлении скорости (динамический П. с.), или температуры (температурный, П. с.), или же концентраций отдельных химических компонентов (концентрационный П. с.). На формирование течения основное влияние оказывают вязкость, теплопроводность и диффузионная способность жидкости (газа). Внутри динамического П. с. происходит плавное изменение скорости от её значения во внешнем потоке до нуля на стенке (вследствие прилипания вязкой жидкости к твёрдой поверхности). Аналогично внутри П. с. плавно изменяются температура и концентрация.

         Режим течения в динамическом П. с. зависит от Рейнольдса Re и может быть ламинарным или турбулентным. При ламинарном режиме отдельные частицы жидкости (газа) движутся по траекториям, форма которых близка к форме обтекаемого тела или условной границы раздела между двумя жидкими (газообразными) средами. При турбулентном режиме в П. с. на некоторое осреднённое движение частиц жидкости в направлении основного потока налагается хаотическое, пульсационное движение отдельных жидких конгломератов. В результате интенсивность переноса количества движения, а также процессов тепло- и массопереноса резко увеличиваются, что приводит к возрастанию коэффициента поверхностного трения, тепло- и массообмена. Значение критического числа Рейнольдса, при котором происходит переход в П. с. ламинарного течения в турбулентное, зависит от степени шероховатости обтекаемой поверхности, уровня турбулентности внешнего потока, Маха числа М и некоторых др. факторов. При этом переход ламинарного режима течения в турбулентный с возрастанием Reпроисходит в П. с. не внезапно, а имеется переходная область, где попеременно чередуются ламинарный и турбулентный режимы.

         Толщина δ динамического П. с. определяется как то расстояние от поверхности тела (или от границы раздела жидкостей), на котором скорость в П. с. можно практически считать равной скорости во внешнем потоке. Значение δ зависит главным образом от числа Рейнольдса, причём при ламинарном режиме течения δ Пограничный слой l․Re^-0.5, а при турбулентном — δ Пограничный слой l․Re^-0.2, где l — характерный размер тела.

         Характер течения в П. с. оказывает решающее влияние на отрыв потока от поверхности обтекаемого тела. Причина этого заключается в том, что при наличии достаточно большого положительного продольного градиента давления кинетическая энергия заторможенных в П. с. частиц жидкости становится недостаточной для преодоления сил давления, течение в П. с. теряет устойчивость и возникает т. н. отрыв потока.

         При очень больших числах Рейнольдса толщина П. с. очень мала по сравнению с характерными размерами тела. Поэтому почти во всей области течения, за исключением тонкого П. с., влияние сил вязкости несущественно по сравнению с инерциальными силами, и жидкость в этой области можно рассматривать как идеальную. Одновременно вследствие малой толщины П. с. давление в нём в поперечном направлении можно практически считать постоянным. В результате весьма эффективным оказывается такой метод изучения обтекания тел потоком жидкости (газа), когда всё поле течения разбивается на 2 части — область течения идеальной жидкости и тонкий П. с. у поверхности тела. Течение в первой области изучается с помощью уравнений движения идеальной жидкости, что позволяет определить распределение давления вдоль поверхности тела; тем самым определяется и давление в П. с. Течение внутри П. с. рассчитывается после этого с учётом вязкости, теплопроводности и диффузии, что позволяет определить поверхностное трение и коэффициент тепло- и массообмена. Однако такой подход оказывается неприменимым в явном виде в случае отрыва потока от поверхности тела. Он неприменим и при малых Re, когда влияние вязкости распространяется на довольно большие расстояния от поверхности тела.