لوله پیتوت

لوله پیتوت (به انگلیسی: Pitot tube) دستگاهی برای اندازه گیری جریان سیالات است که سرعت حرکت مایع را اندازه گیری می کند. این دستگاه در اوایل قرن هجدم توسط آنری پیتو مهندس اهل فرانسه اختراع شد و در اواسط قرن نوزدهم توسط دانشمند فرانسوی، هنری دارسی، به شکل امروزی خود درامد. این دستگاه به طور گسترده برای اندازه گیری سرعت هوای یک هواپیما، سرعت آب یک قایق و سرعت گاز، هوا و مایع در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.

هواپیماها از لوله پیتوت برای اندازه‌گیری سرعت هوا استفاده می‌کنند.

تئوری عملکرد

یک لوله پیتوت شامل یک لوله یا مجرای عبور مایعات است که درست در مسیر حرکت سیال قرار می گیرد. به محض اینکه این مجرا پر شود، میتوان فشار را اندازه گیری کرد. از آنجایی که مسیر خروجی برای مایع وجود ندارد، سیال از حرکت باز می ایستد. این فشار، فشار ایستایی یک سیال است که به آن فشار کل یا فشار پیتوت هم می گویند.

اندازه گیری فشار ایستایی به تنهایی این امکان را ایجاد نمی کند که بتوان سرعت جریان سیال را اندازه گیری کرد، با این حال طبق معادله برنولی،

فشار ایستایی= فشار استاتیک+ فشار دینامیکی

همچنین می توان اینطور نوشت که،

$p_{t}=p_{s}+\left({\frac {\rho u^{2}}{2}}\right)\,$.

در این صورت سرعت جریان برابر است با:

$u={\sqrt {\frac {2(p_{t}-p_{s})}{\rho }}}\,,$

که در آن :

$u$ سرعت جریان،

$p_{t}$ فشار ایستایی یا فشار کل،

$p_{s}$ فشار استاتیک و

$\rho$ چگالی سیال است.

توجه کنید که این فرمول برای سیالاتی به کار می رود که به عنوان مایعات تراکم ناپذیر شناخته می شوند. معمولا مایعات در بیشتر شرایط و گازها در بعضی شرایط به عنوان سیالات تراکم ناپذیر شناخته می شوند.

فشار دینامیکی ، تفاوت بین فشار راکد و فشار استاتیک است. سپس فشار دینامیکی با استفاده از دیافراگم درون ظرف محصور تعیین می شود. اگر هوای یک طرف دیافراگم در فشار استاتیک باشد و دیگری در فشار رکود ، پس انحراف دیافراگم متناسب با فشار دینامیک است.

در هواپیما ، فشار استاتیک به طور کلی با استفاده از درگاه های ایستا در کنار بدنه اندازه گیری می شود. از فشار دینامیکی اندازه گیری شده می توان برای تعیین سرعت هوای مشخص شده هواپیما استفاده کرد. آرایش دیافراگمی که در بالا توضیح داده شد معمولاً در نشانگر سرعت هوا موجود است ، که با استفاده از اهرمهای مکانیکی فشار دینامیکی را به قرائت سرعت هوا تبدیل می کند.

به جای پورت های جداگانه پیتوتا و استاتیک ، ممکن است از یک لوله پیتوتاتیک (که لوله Prandtl نیز نامیده می شود) استفاده شود ، که دارای یک لوله هم محور با لوله پیتوت دارای سوراخ هایی در طرفین ، خارج از جریان مستقیم هوا برای اندازه گیری فشار استاتیک است .

اگر برای اندازه گیری اختلاف فشار از مانومتر ستون مایع استفاده شود $\Delta p=p_{t}-p_{s}$

$\Delta h=\Delta p\div (p_{l}\times g)$

که در آن :

$\Delta h$ اختلاف ارتفاع ستون ها است.

$p_{l}$ چگالی مایع در فشار سنج است.

$g$ شتاب استاندارد ناشی از گرانش است.

$u={\sqrt {\frac {2\Delta h\times p_{l}\times g}{\rho }}}$

هواپیما و تصادفات

لوله پیتوت سیستمی از ابزارهای حساس به فشار است که بیشتر اوقات در هواپیما برای تعیین سرعت هوای هواپیما ، تعداد ماخ ، ارتفاع مورد استفاده قرار می گیرد. یک سیستم لوله پیتوت به طور کلی از یک لوله ، یک درگاه ایستا ، و ابزار pit-static تشکیل شده است. خطاها در قرائت سیستم استاتیک پیتوت می تواند بسیار خطرناک باشد زیرا اطلاعات به دست آمده از سیستم استاتیک پیتوت ، مانند سرعت هوا ، به طور بالقوه از نظر ایمنی حیاتی هستند.

تعدادی از تصادفات شرکت های هواپیمایی تجاری به دلیل خرابی سیستم لوله پیتوت ردیابی شده اند. به عنوان مثال می توان به پرواز 2553 Austral Líneas Aéreas ، پرواز 6231 هواپیمایی Northwest Airlines ، پرواز 301 Birgenair اشاره کرد. مرجع ایمنی هوایی فرانسه BEA گفت که مایع یخ زده لوله پیتوت عامل مهمی در سقوط پرواز 447 ایرفرانس به اقیانوس اطلس بوده است.

هواپیمای Birgenair در پرواز 301 دارای یک شکست کشنده لوله بود که محققان گمان می کردند به دلیل ایجاد لانه حشرات در داخل لوله باشد. مظنون اصلی ، زنبور گل سیاه و زرد است.

کاربرد ها در صنعت

در صنعت ، کاربرد این روش اغلب مربوط به جریان در کانالها و لوله هایی است که در آنها اندازه گیری توسط باد سنج دشوار است. در این نوع اندازه گیری ها ، عملی ترین وسیله برای استفاده لوله پیتوت است. لوله پیتوت را می توان از طریق یک سوراخ کوچک در کانال وارد کرد ، در حالی که پیتوت به یک سنج آب لوله U شکل یا برخی از فشار سنج دیفرانسیل دیگر برای تعیین سرعت جریان در داخل تونل باد مجاری وارد می شود. یکی از کاربردهای این تکنیک ، تعیین میزان هوای تحویلی به یک فضای مطبوع است.

میزان جریان سیال در یک کانال را می توان از طریق زیر تخمین زد:

سرعت جریان حجم (فوت مکعب در دقیقه) = مساحت کانال (فوت مربع) × سرعت جریان (فوت در دقیقه)

سرعت جریان حجم (متر مکعب در ثانیه) = مساحت کانال (متر مربع) × سرعت جریان (متر بر ثانیه)

در هواپیما ، سرعت هوا معمولاً با گره اندازه گیری می شود.

در ایستگاه های هواشناسی با سرعت باد زیاد ، لوله پیتوت اصلاح می شود تا نوع خاصی از باد سنج به نام باد سنج ایستا لوله پیتوت ایجاد شود.