Ứng dụng ống pilot trong đo vận tốc và lưu lượng dòng chảy

Trong các ngành công nghiệp sản xuất máy bay, tàu thuyển, vận tốc là lưu lượng của nước và không khí rất quan trọng. Thông thường họ sẽ dùng ống Pitot để đo đạt vận tốc và lưu lượng của nước và không khí. Vậy ống Pitot là gì? Chúng hoạt động ra sao? Ứng dụng củs chúng trong các ngành công nghiệp là gì? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu ở bài chia sẻ sau đây.

Ống Pitot là gì?

Được phát minh bởi kỹ sư người Pháp Henri Pitot, ống Pitot là thiết bị đo áp suất được ứng dụng để tính vận tốc và lưu lượng các dòng chảy. Sau khi đc phát minh bởi Henri Pitot, ống được chỉnh sửa trở nên hiên đại với hình dáng ngày này nhờ nhà khoa học người Pháp Henry Darcy.

Ống pilot được thiết kế dùng để đo vận tốc dòng chảy, vận tốc không khí trên máy bay, vận tốc nước ở tàu thủy và vân tốc các dòng chất lỏng, khí khác nhau trong các thiết bị công nghiệp. Ống Pitot không thể đo được vân tốc chảy trung bình trong các đường ống, ống dẫn, chúng chỉ có khả năng đo vận tốc dòng chảy cục bộ tại một điểm nhất định.

Thiết kế của ống Pilot

Xem thêm: Ưu điểm của cảo thủy lực

Nguyên lý hoạt động của ống Pitot

Ống Pitot cơ bản được cấu tạo gồm một ống hướng trực tiếp vào dòng chảy chất lỏng và một máng mỏng ở bên trong. Khi ống này chứa một chất lỏng, lúc này áp suất sẽ được đo. Cụ thể hơn, ống đo áp suất sẽ được chèn vào giữa đường ống được xem là ống để đo áp suất tổng và ống kế tiếp dùng để đo áp suất tĩnh. Khi lưu lượng chất lỏng chảy qua ống thay đổi, áp suất tại hai ống này cũng thay đổi tuy theo vận tốc dòng chất lỏng. Sự chênh lệch áp suất giữa ống áp suất tổng và ống áp suất tĩnh tỉ lệ thuận với lưu lượng dòng chất lỏng qua ống.

Vận tốc của dòng chảy không thể được xác định bởi áp suất đo được. Thay vào đó, theo phương tình Bernoulli, ta có:

Áp suất tổng = Áp suất tĩnh + Áp suất động, có thể viết là:

Giải phương trình vận tốc dòng chảy:

Với

1. u là vận tốc dòng chảy (m/s)
2. Pt là áp suất tổng (Pa)
3. Ps là áp suất tĩnh (Pa)
4. p là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)

Như chúng ta đã biết áp suất động là sự chênh lêch giữa áp suất tổng và áp suất tĩnh. Để xác định áp suất động, chúng ta sẽ sử dụng một màng ngăn bên trong đường ống kín. Với áp suất động đo được từ việc bố trí trên, chúng ta có thể sử dụng để xác định tốc độ bay của máy bay. Việc bố trí màng ngăn như mô tả ở trên thường được lắp đặt trong các phần đo chỉ số tốc độ bay, sự chuyển đổi áp suất động đến một thiết bị đọc tốc độ bay bằng phương tiện của đòn bẩy cơ khí.

Thay vì đặt ống Pitot và cổng tĩnh riêng biệt, một ống pitot tĩnh có thể được sử dụng, trong đó có một ống đồng trục thứ hai với các ống pitot có lỗ ở hai bên, ở bên ngoài luồng không khí trực tiếp, để đo áp suất tĩnh.

Ưu điểm và hạn chế của ống Pitot trong thực tế

Đối vối việc sử dụng ống Pitot chúng ta sẽ có những ưu điểm và hạn chế riêng.

Ưu điểm và nhược điểm của ống Pilot

Ưu điểm của ống Pitot:

1. Ít cản trở dòng chảy
2. Ít tốn kém chi phí
3. Đối với những loại lưu lượng kế đơn giản có thể thể dùng cho nhiều loại đường ống, ống dẫn khác nhau

Hạn chế của ống Pitot:

1. Nếu vận tốc của dòng chảy thấp, sự chênh lệch áp suất sẽ rất nhỏ vì vậy đầu đo sẽ khó có thể đo đạt chính xác.
2. Còn nếu vận tốc dòng chảy quá lớn, điều này không nằm trong giả định của phương trình Bernoulli vì vậy sẽ cho ra phép đo không đúng.
3. Nếu một sóng xung kích xuất hiện ở phía trước ống, áp suất tổng trong ống sẽ bị thay đổi. Tuy nhiên, có thể điều chình sóng xung kích này đối với ống Pitot dùng cho tốc độ lớn như máy bay.
4. Với trường hợp ống bị chèn ép hoặc tắc nghẽn, áp suất tại đầu dò áp suất sẽ không đúng, sẽ gây ra việ áp suất tĩnh và áp suất tổng bị sai dẫn đến việc nó sẽ thể đo đúng vận tốc của dòng chảy.

Ứng dụng của ống Pitot trong công nghiệp

Trong các ngành công nghiệp, phong kế rất khó sử dụng để đo vận tốc dòng chảy cần đo. Vì vậy, ống Pitot là dụng cụ dễ dàng thao tác và thiết thực nhất trong các phép đo. Ống pitot sẽ được đưa vào bên trong đường ống hoặc ống dẫ thông qua một lỗ nhỏ, ống Pitot sẽ được kết nối với một máy đo dạng ống chữ U hoặc một máy đo áp suất khác để xác định vận tốc dòng chảy bên trong đường ống gió ngầm hoá.

Bên cạnh đó, chúng ta có một ứng dụng khác của kỹ thuật này là để xác định khối lượng của không khí được thổi vào bên trong một không gian điều hòa.

Xem thêm: Dụng cụ thuỷ lực

Ứng dụng của Ống Pilot trong công nghiệp

Tỷ lệ dòng chảy chất lỏng trong một ống dẫn có thể được ước tính từ:

Lưu lượng dòng chảy (m3/ph) = diện tích mặt cắt ống (m2) x vận tốc dòng chảy (m/ph)

Đối với ngành hàng không, tốc độ không khí thường được tính bằng hải lý/ giờ.

Trong trạm thời tiết với tốc độ gió cao, các ống pitot được sửa đổi để tạo ra một loại phong kế đặc biệt được gọi là ống pitot phong kế tĩnh.

Trên đây là những chia sẽ về ống Pitot, hy vọng qua những chia sẻ này bạn có thể hiểu thêm về ống Pitot và những ứng dụng cũng như ưu và nhược điểm của chúng. Halana luôn cũng cấp những loại ống Pitot chất lượng và phù hợp với những nhu cầu khác nhau của khác hàng. Nếu cần thêm thông tin hãy liên hệ trực tiếp với Halana để được tư vấn chi tiết hơn.