Pitot Tube

00:01 Die Frage, die sich nun stellt und das ist der letzte Teil, lautet: Wie können wir den Flüssigkeitsstrom in einem bestimmten Rohr experimentell ermitteln? Nehmen wir also an, wir haben ein Rohr, durch das eine Flüssigkeit wie diese fließt.

00:12 Was können wir tun, um den Durchfluss in diesem Rohr zu messen? Führen wir zunächst einmal eine Definition ein, die besagt, dass der Druck plus der Term, der von der kinetischen Energie kommt, der Druck plus ½ ρv zum Quadrat, manchmal als statischer Druck einer Flüssigkeit bezeichnet wird. Also, wir werden das zu unserem Vorteil nutzen. Das nennt man ein Pitot-Rohr. Mit ihm können wir die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms in einem bestimmten Rohr messen. Was wir tun ist, dieses in ein Rohr einzufügen und eine Art Messgerät darüber, das ich in einer Sekunde erläutern werde. Es hat zwei Arten von Öffnungen.

00:48 Sie sehen, dass es eine horizontale Öffnung hat, durch die die Flüssigkeit in diesen blauen Bereich fließen würde, den ich schattiert habe.

00:54 Es hat auch dünnere, kleinere Öffnung, die ich hier grün schattiert habe. Sie können also sehen, dass es einen Unterschied zwischen diesen beiden Arten von Öffnungen gibt. Das Wichtigste ist hier, dass wir es am Ende dieses Pitot-Rohrs, ganz oben, verschlossen haben. Es wird keine Flüssigkeit mehr durch das Pitot-Rohr fließen. Es ist tatsächlich verschlossen, sodass ein Flüssigkeitsfluss durch das Rohr nicht existent ist. Es gibt keine tatsächliche Bewegung des Wassers. Also, zum Beispiel in diesem blauen Bereich und im grünen Bereich bewegt sich keine dieser Flüssigkeiten im hellblauen und grünen Bereich, obwohl sich die Flüssigkeit in Ihrem Rohr als Ganzes, das dunkelblau dargestellt ist, bewegt.

01:30 Das bedeutet, dass die Bewegung der Flüssigkeit an der grünen Fläche vorbeigeführt wird, und zwar genau an der Öffnung des Pitot-Rohrs, die nach unten führt. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit wird also direkt daran vorbeigehen.

01:46 Sie werden den Teil der kinetischen Energie in Ihrer Druckgleichung nicht messen. Betrachten Sie also diese Druckgleichung, P plus ½ ρv zum Quadrat. Der Term ½ ρv zum Quadrat wird von Ihrem Pitot-Rohr in diesem grünen Abschnitt nicht gemessen, da nur der Druck auf der Seite der Strömung gemessen wird, die senkrecht zur Richtung der Strömung steht, so wie als wir über den Druckanstieg in einem Rohr gesprochen haben, der gegen die Schwerkraft ankämpfen muss. Diese Höhe hat nur den Druck und nicht den Druck der Flüssigkeitsströmung gemessen. Andererseits hat dieser Teil des Pitot-Rohrs, der direkt in die Strömung geht, auch wenn sich die Flüssigkeit nicht bewegt, die hellblaue Flüssigkeit in Ihrem Pitot-Rohr, die Geschwindigkeit des auftreffenden Wassers. Durch die Geschwindigkeit des auftreffenden Wassers erfährt es nicht nur den normalen Druck des Wassers, sondern auch die Stöße durch die Wassergeschwindigkeit, wenn es auf die Seite der Wassersäule im Pitot-Rohr trifft. Also wird der Gesamtdruck in diesem Teil des Pitot-Rohrs aufgrund des Beitrags des Geschwindigkeitsterms größer sein.

02:48 Dieser Teil des Pitot-Rohrs erhält also den vollen statischen Druck. Alles, was wir jetzt tun müssen, um dies zu messen, ist ein Gerät anzuschließen, das den Druckunterschied zwischen dem grünen und dem blauen Teil messen kann. Wir können zum Beispiel eine Membran oder etwas anderes dazwischen setzen und die Verschiebung der Membran messen, wenn sie zur einen oder anderen Seite gedrückt wird, weil einer der Drücke größer oder kleiner als der andere Druck ist.

03:11 Indem wir die Differenz dieser Drücke messen, können wir die Gleichung lösen, die wir hier für den statischen Druck der Geschwindigkeit des Wassers aufgestellt haben. Wenn wir umstellen sehen wir, dass die Geschwindigkeit des Wassers einfach von einigen Variablen abhängt, die wir mit unserem Pitot-Rohr messen können.

03:27 Wir kennen die Dichte unserer Flüssigkeit. Wir könnten die schon zuvor wissen, wenn wir wüssten, über welche Flüssigkeit wir sprechen.

03:33 Mithilfe des Pitot-Rohrs in der darüber liegenden Apparatur können wir den Unterschied im statischen Druck messen und den Druck ohne den Geschwindigkeitsterm. Solange wir diesen Term kennen, können wir die Geschwindigkeit bestimmen.

03:43 Aus diesem Grund werden Pitot-Rohre verwendet, um die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten in vielen Systemen zu ermitteln.