影响皮托管测风精度的几个因素

1 引 言

皮托管又称空速管，是测量流体点速度的装置，特别适用于空气动力和风力有关领域的气流速度测量，其主要优点是测速准确、结构简单、易加工、成本低，使用方便、坚固耐用［1］，因此应用广泛。ISO 也颁布了关于皮托管测量的标准(ISO3966-1977)［2］，为皮托管的设计、制造和使用提供了指导。但同样也有很多影响测量的因素:

① 被测介质的物性参数，包括压缩性影响、压力损失等;

② 皮托管的设计安装影响，包括全压孔的大小、静压孔的位置等，其中压力损失可以和静压孔位置结合起来研究。本文就讨论这 2 个影响因素。

2 皮托管测量原理

皮托管测量原理［3］是依据经典流体力学理论，对于平稳的气流测量最准确。

L 型皮托管是目前最为完善的一种皮托管，其校准系数一般为 0. 99 ～ 1. 01，且在较大的马赫数和雷诺数范围内保持定值。该型皮托管实际上是一个弯成直角的金属管。直角的一边为测头，测头顶部有总压孔，测头侧面有静压孔;直角的另一边为支杆，支杆末端有定向杆和与微压计相连的软胶管接头，这样组成了皮托管微压计测量系统，如图 1 所示。

设流动为不可压缩无粘性流体的稳定流动，驻点处流体的伯努利方程［4］为:

由此可以得该点的流速为

式中:ρ为空气密度(kg/m3);Δp 为微压计测得的差压(Pa)，即全压和静压之差。

考虑到全压和静压的测量误差，利用它们的测量读数进行流速计算时，应做适当的修正，其中α为校准系数，一般为 0. 99 ～ 1. 01，

3 测量的影响因素

3. 1 气流的压缩性

压缩性指当气体的温度发生变化时，体积也发生变化的特性。气流速度与当地声速(c = 341 m/s)之比称为马赫数(Ma)，Ma 是衡量空气压缩性影响的最重要参数。在绝热流动中，速度增大，Ma 数也随着增大;Ma 愈大，气流密度变化越大;压缩性不同，流动特性就不同，对空气动力的影响也不同［5］。当 v≤50 m/s 时，不必考虑压缩性。流体在 Ma > 0. 25(v≥85 m /s)时，就必须要考虑压缩性影响。考虑到压缩性影响引入修正系数，则式(3)变为:

式中，(1 －ε)为可压缩性修正系数。在液体中ε = 0，所以不需要可压缩性的修正，但在低 Ma 的可压缩流体中，(1 －ε)可按下述关系确定:

式中:r 为比热比(对于空气，r = 1. 4);p 为静压;ρ 为流体的密度;ΔP 为由微差压计所指示的差压。可压缩流体的密度由下述方程确定: