プラントル管:動圧測定について

動圧の測定にはプラントル管を使用します。これから、チューブに対する相対的な流速を決定できます。

よどみ圧力とよどみ点

流れがプレートや他の物体に当たると、流体の速度が明らかに低下します。このプロセスは、動的な圧力 (運動エネルギーに関連する) が静的な圧力に変換されるため、圧力の増加を伴います。流体が物体上で停滞しているときに測定される全圧力は停滞圧力と呼ばれます。 。流体が物体上で静止する点はよどみ点と呼ばれます。 .

流体がいわゆるよどみ点で停止するまで減速したときに生じる全圧力 (=流れの静圧 + 流れの動圧) は、よどみ圧力としても知られています。

グラフで見ると、よどみ点は流線がオブジェクトの表面に垂直にぶつかる場所に位置し、したがって (理論的には) 完全に速度が低下します。実際には、ブラウン運動により、流体粒子は遅かれ早かれよどみ点から拡散し、物体の周りで再び加速されます。したがって、顕微鏡レベルでは、よどみ点での流体粒子の蓄積は短期間にすぎません。

動圧は運動エネルギー、ひいては流速に直接関係しているため、動圧を測定することで流速を推定することができます。 流速 静止している流体を通して物体を動かすこともできるので、これは相対的であると考えられます。測定された動圧は、流体に対する物体の速度に対応します。この原理は、飛行機、ヘリコプター、さらにはレーシングカーでも、周囲の空気に対する速度を測定するために使用されています (対気速度計)。

全圧 ptot、静圧 psta、動圧 pdyn 間の一般的な関係から、次の流速の公式が得られます。

\begin{整列}
&p_\text{tot} =p_\text{sta} + p_\text{dyn} \\[5px]
&p_\text{tot} =p_\text{sta} + \frac{1}{2} \rho \cdot v^2 \\[5px]
&\boxed{v=\sqrt{\frac{2\left(p_\text{tot}-p_\text{sta}\right)}{\rho}}} \\[5px]
\end{整列}

動圧の測定

動圧を求めるには、まずよどみ点の全圧（よどみ圧）、つまり流体が完全に減速した後の静圧を測定します。この静止空気の静圧を自由流の静圧と混同しないでください。この目的のために、片側が開いたパイプのみが流れる空気中に保持されます。パイプ内では、流体は停止（よどみ点）に達するまで減速します。したがって、そこに存在する圧力は全圧またはよどみ圧力に対応します。このような全圧を測定するためのパイプはピトー管とも呼ばれます。 .

気流内の動圧を決定するには、流れている流体の静圧を全圧から差し引く必要があります。この圧力差は物理的に生成することができ、さらには視覚化することもできます。この目的には、液体で満たされた U パイプを使用できます。片側はピトー管に接続されています。反対側の開口部は、流れる流体に対して垂直に配置されます。したがって、開口部上の流体は減速されず、静圧のみがかかります。

2 つの圧力が U チューブ内の液体に作用します。一方では減速された空気 (ピトー管) の全圧力、もう一方では流れる空気の低静圧です。両方の圧力の差により液体が上に持ち上げられます。したがって、液面の高低差は圧力差の尺度となり、動圧または流速の尺度になります。したがって、ピトー管と U チューブは動圧を測定するための全体的なユニットを形成します。このようなプローブはプラントル管とも呼ばれます。 .

プラントル チューブは、動圧、つまり流速を測定する動圧プローブとして機能します。

今日のプラントル管では、U 字管の代わりに静圧測定用のチャンネルがプローブに直接組み込まれています。圧力センサーは、チャンバー内の全圧を静圧から分離します。したがって、センサーの出力測定信号は圧力差に対応し、動圧または流速の直接的な測定値となります。