Ефект Вентурі

Ефект Вентурі - це ефект, в основі принципу якого лежить падіння тиску коли потік рідини чи газу протікає через звужену частину труби. Цей ефект названий в честь італійського фізика Джованні Вентурі[1] ( 1746-1822 )

Тиск на "1" вище, ніж на "2", тому що швидкісь рідини на "1" нижче, ніж на "2".

Довідкова інформація

Потік повітря через Вентурі метр, показаний на стовпці, пов'язаний в U-подібну форму ( манометр ) і частково заповнений водою. Метр "читати" перепад тиску в см або дюймах .

Ефект Вентурі є струменевим ефектом (прикладом є повітряна воронка чи прикладання великого пальця до садового шлангу) , тобто коли швидкість рідини збільшується відповідно до зменшення площі поперечного перерізу ,тоді зменшується статичний тиск. Відповідно до законів, що регулюють динаміку рідини, її швидкість повинна збільшуватись коли вона проходить через звуження, щоб задовольнити принцип безперервності, а його тиск повинен знизитися щоб задовільнити принцип збереження механічної енергії. Таким чином будь-який виграш кінетичної енергії рідини,що може виникнути внаслідок його підвищеної швидкості у місці звуження, забезпечується падінням тиску. Рівняння для зниження тиску за рахунок ефекту Вентурі можуть бути отримані з поєднання принципу Бернуллі і рівняння безперервності. Граничний випадок ефекту Вентурі: коли рідина досягає стану ущільненого потоку, де швидкість рідини підходить швидкості місцевого звуку.В ущільненого потоку масова витрата не буде збільшуватись із подальшим зниженням у серидовищі, нижчому за течією тиску. Тим не менш, масові витрати для стискуваної рідини можна збільшити із збільшенням вхідного тиску, що дозволить збільшити щільність рідини через звуження (хоча швидкість залишиться незмінною). Це принцип роботи сопла де Лаваля. Збільшення температури джерела а також місцевих швидкостей звуку дозволяють збільшити швидкість потоку маси. Посилаючись на малюнок праворуч, використовуючи рівняння Бернуллі в окремому випадку нестисливої рідини, (такі як потік води або іншої рідини, або низькій швидкості потоку газу), теоретичні падіння тиску на стиск визначається за формулою:

[math]{p_1} - {p_2} = \frac{\rho }{2}(v_2^2 - v_1^2)[/math]

де [math]\rho [/math] - густина рідини, [math]{\nu _1}[/math] - швидкість рідини ( повільніша ), [math]{\nu _2}[/math] - швидкість рідини ( швидша ), де труба вже ( як показано на малюнку ).

Експериментальна установка

Труби Вентурі

Трубка Вентурі, побудована з труб ПВХ, керується за допомогою вакуумного насоса.

Найпростіший апарат, як показано на діаграмі, є трубчаста установка, відома як трубка Вентурі або просто Вентурі. Рідина проходить через довжину труби різного діаметру. Щоб уникнути зайвого опору, трубка Вентурі звичайно має запис конус 30 градусів і вихід конус 5 градусів. Для обліку припущення ідеальної рідини часто вводиться коефіцієнт витрати, який зазвичай має значення 0,98.

Діафрагма

Труби Вентурі дорожче побудувати, ніж просту діафрагму , яка використовує той же принцип що й трубчаста схема, але діафрагма має значно більше причин постійної втрати енергії.

Прилади та вимірювання

Вентурі використовуються в промисловості і в наукових лабораторіях для вимірювання кількості протікаючих агресивних і неагресивних газів, парів та рідин, особливо коли потрібні низькі втрати тиску.

Швидкість потоку

Вентурі може бути використаний для вимірювання об'ємної витрати [math]Q[/math]

3

[math]\[\left\{ \begin{array}{l} Q = {v_1}{A_1} = {v_2}{A_2}\\ {p_1} - {p_2} = \frac{\rho }{2}\left( {v_2^2 - v_1^2} \right) \end{array} \right.\][/math]

то

[math]Q = {A_1}\sqrt {\frac{{2\left( {{p_1} - {p_2}} \right)}}{{\rho \left( {{{\left( {\frac{{{A_1}}}{{{A_2}}}} \right)}^2} - 1} \right)}} = {A_2}\sqrt {\frac{{2\left( {{p_1} - {p_2}} \right)}}{{\rho \left( {1 - {{\left( {\frac{{{A_2}}}{{{A_1}}}} \right)}^2}} \right)}}} } [/math]

Ефект Вентурі також може бути використаний для суміші рідини з газом. Якщо насос сили рідини через трубки підключений до системи, що складається з Вентурі для збільшення швидкості рідини (діаметр зменшується), короткий шматок трубки з невеликим отвором в ній, а в минулому Вентурі, що зменшує швидкість (так труби стають ширшим знову), газ буде всмоктуватись через невеликий отвір у зв'язку зі зміною тиску. У кінці системи з'явиться суміш рідин і газів. Див аспіратор та напірні для обговорення цього типу сифона .

Перепади тиску

Як рідини через трубки Вентурі, розширення і стиснення рідин причиною тиску усередині трубки Вентурі змінити. Цей принцип може бути використаний в метрології для датчиків відкалібрований для диференціального тиску. Цей тип вимірювання тиску може бути більш зручним, наприклад, для вимірювання палива або згоряння тиск в струмені або ракетних двигунів.

Приклади

Ефект Вентурі може спостерігатись або використовуватись в наступному:

• Вантажні ежектори на нафту, і відвантаження продукції хімічного танкера.
• Інспіратори, що змішують повітря і горючі гази в грилі , газові плити , пальники Бунзена і аерографи.
• Водні аспіратори, які виробляють частковий вакуум, використовуючи кінетичну енергію з-під крана ( тиск води ).
• Парові сифони використовують кінетичну енергію від тиску пари щоб створити розрідження.
• Пульверизатори , які розсіюють запах чи фарбу .
• Піна пожежогасіння сопла і вогнегасників.
• Карбюратори , які використовують ефект для того , щоб всмоктати бензину в впускний повітряний потік у двигун.
• Капіляри людської кровоносної системи (аортальний потік крові).
• Білки-скімери (пристрій для фільтрації морських акваріумів ).
• У автоматизованих очисниках басейну , які використовують тиск води для збору опадів і сміття.
• Барель сучасного кларнета , який використовує зворотний конус щоб швидкість повітря йшла вниз по трубі, що дозволяє покращити тон, реакцію та інтонацію.
• Ефект Вентурі використовується в кисневій терапії (кисневі маски).
• У безвідкатних гарматах для зменшення віддачі стрільби.
• Вентилятори.
• Дифузор на автомобіль.
• Великі міста, де вітер проходить між будівлями.
• Дайвінг регулятор для надання допомоги потоку повітря як тільки воно починає текти.

Простий спосіб продемонструвати ефект Вентурі вичавити і відпустити гнучкий шланг , в якому тече рідина: частковий вакуум проводиться у звуженні, цього достатньо для його руйнування . Труби Вентурі також використовуються для вимірювання швидкості рідини шляхом вимірювання зміни тиску в різних сегментах пристрою. Розміщення рідини в трубці U-подібної форми ,де кінці труб сполучені на обох кінцях труби Вентурі - це все, що необхідно. Кількість цього руху може бути відкалібрована на швидкість потоку рідини.

Дивіться також :

• Принцип БернулліПринцип Бернуллі