Venturiho efekt

Statický tlak v první měřicí trubici (1) je vyšší než ve druhé (2) a rychlost tekutiny v „1“ je nižší než v „2“, protože plocha průřezu v „1“ je větší než v „2“. Proud vzduchu přes Pitot Venturiho měřič ukazující sloupce připojené k manometru a částečně naplněné vodou. Měřič „čte“ jako tlakový rozdíl v cm nebo palcích vodního sloupce. Play Media Video Venturiho měřiče používaného v laboratorních experimentech Idealizované proudění ve Venturiho trubici

Venturiho efekt je snížení tlaku tekutiny, ke kterému dochází, když tekutina proudí přes omezenou oblast (nebo trysku) v potrubí. Venturiho efekt je pojmenován po svém objeviteli Giovanni Battistovi Venturim.

V hydrodynamice rychlost nestlačitelné tekutiny. se musí při průchodu zúžením zvyšovat v souladu s principem spojitosti hmoty a jeho statický tlak se musí snižovat v souladu s principem zachování mechanické energie (Bernoulliho princip). Jakékoli zvýšení kinetické energie, které může tekutina získat zvýšením své rychlosti kompresí, je tedy vyváženo poklesem tlaku.

Měřením tlaku lze určit průtok, jako u různých zařízení pro měření průtoku, jako jsou Venturiho měřiče, Venturiho trysky a clony.

S odkazem na sousední diagram, s použitím Bernoulliho rovnice ve speciálním případě ustáleného nestlačitelného a nevazkého proudění (jako je proudění vody nebo jiné tekutiny nebo proudění plynu s nízkou rychlostí) podél proudnice, je teoretický pokles tlaku přes zúžení dán vztahem:

p 1 – p 2 = ρ 2 (v 2 2 – v 1 2) -p_ = > vlevo (v_ ^ -v_ ^ vpravo) >

kde ρ je hustota kapaliny, v 1 > je (pomalejší) rychlost kapaliny tam, kde je potrubí širší, v 2 > je (rychlejší) rychlost kapaliny tam, kde je potrubí užší (jak je znázorněno na obrázku).

Uzavírací průtok

Limitujícím případem Venturiho jevu je, když tekutina dosáhne stavu stagnace toku, kdy se rychlost tekutiny blíží místní rychlosti zvuku. Když je tekutinový systém ve stavu přiškrceného průtoku, další snížení tlaku po proudu nepovede ke zvýšení rychlosti, pokud není tekutina stlačena.

Hmotnostní průtok stlačitelné tekutiny se bude zvyšovat se zvyšujícím se vstupním tlakem, což má za následek zvýšení hustoty tekutiny v důsledku zúžení (ačkoli rychlost zůstane konstantní). Toto je princip fungování de Lavalovy trysky. Zvýšení teploty zdroje také zvýší místní rychlost zvuku, což umožní zvýšení hmotnostního průtoku, ale pouze v případě, že se také zvětší plocha trysky, aby se kompenzoval výsledný pokles hustoty.

Rozšíření sekce

Bernoulliho rovnice je reverzibilní a tlak by se měl zvyšovat, jak se kapalina zpomaluje. Pokud se však průřez trubky roztáhne, dojde k turbulenci a věta nebude platit. U všech experimentálních Venturiho trubic je vstupní tlak porovnáván s tlakem ve střední části; výstupní část se s nimi nikdy neporovnává.

Demonstrační zařízení s Venturiho trubicí vyrobenou z PVC trubky a ovládané vývěvou Pár Venturiho trubic na lehkém letadle slouží k zajištění proudění vzduchu pro vzduchem poháněné gyroskopické přístroje

Venturiho trubice

Nejjednodušším zařízením je trubková struktura známá jako Venturiho trubice nebo jednoduše Venturiho trubice (množné číslo: „venturi“ nebo někdy „venturi“). Kapalina protéká potrubím různých průměrů. Aby se zabránilo nadměrnému aerodynamickému odporu, Venturiho trubice má typicky 30° vstupní kužel a 5° výstupní kužel.

Venturiho trubice se často používají v procesech, kde nedochází k trvalé ztrátě tlaku. je přijatelný a tam, kde je vyžadována maximální přesnost v případě vysoce viskózních kapalin.

Membrána

Venturiho trubice jsou dražší na konstrukci než jednoduché membrány a obě fungují na stejném základním principu. Při jakémkoli daném poklesu tlaku však membrány způsobují výrazně dlouhodobé ztráty energie.

Přístroje a měření

Venturiho i clony se používají v průmyslových aplikacích a vědeckých laboratořích k měření průtoku kapalin.

spotřeba

Q = v 1 A 1 = v 2 A 2 p 1 – p 2 = ρ 2 (v 2 2 – v 1 2) Q = v_ A_ = v_ A_ [3pt] p_ -p_ = > vlevo (v_ ^ -v_ ^ vpravo) konec >>

Venturiho trubici lze také použít ke smíchání kapaliny s plynem. Pokud čerpadlo tlačí kapalinu trubicí připojenou k systému sestávajícím z Venturiho trubice pro zvýšení rychlosti kapaliny (průměr se zmenšuje), krátké části trubice s malým otvorem v ní a nakonec Venturiho trubice, která snižuje rychlost (takže trubice se opět rozšíří), plyn bude nasáván malým otvorem kvůli změnám tlaku. Na konci systému se objeví směs kapaliny a plynu. Pro diskusi o tomto typu sifonu viz aspirátor a tlak.

pokles tlaku

Jak tekutina proudí Venturiho trubicí, expanze a kontrakce tekutiny způsobí změnu tlaku uvnitř Venturiho trubice. Tento princip lze využít v metrologii pro tlakoměry cejchované pro diferenční tlak. Tento typ měření tlaku může být výhodnější například pro měření tlaku paliva nebo spalovacího tlaku v proudových nebo raketových motorech.

První velké Venturiho průtokoměry pro měření průtoku kapalin vyvinul Clemens Herschel, který je používal k měření malých a velkých průtoků vody a odpadních vod na konci 19. století. Zatímco pracoval pro Holyoke Water Power Company, Herschel vyvinul prostředek pro měření těchto průtoků, aby určil spotřebu vody v různých mlýnech v systému kanálu Holyoke, přičemž vývoj zařízení začal poprvé v roce 1886, o dva roky později popsal svůj vynález Venturiho měřiče Williamu Unwinovi v dopise z 5. června 1888.

Kompenzace teploty, tlaku a hmoty

Tlakoměry v podstatě měří hustotu kinetické energie. Bernoulliho rovnice (použitá výše) to dává do souvislosti s hmotnostní hustotou a objemovým průtokem,

Δ P = 1 2 ρ (v 2 2 — v 1 2) = 1 2 ρ ( (A 1 A 2) 2 — 1) v 1 2 = 1 2 ρ (1 A 2 2 — 1 A 1 2) Q 2 = k ρ Q 2 > rho (v_ ) vlevo > vpravo) ^ -1 vpravo) v_ ^ = < frac >rho vlevo ( < frac >— < frac >vpravo) Q ^ = k , rho , Q ^ >

kde konstantní členy jsou absorbovány k. Pomocí definic hustoty ( m = ρ V ), molární koncentrace ( n = CV ) a molární hmotnosti ( m = M n ) lze také získat hmotnostní průtok nebo molární průtok (tj. standardní objemový průtok),

Měření mimo návrhový bod však musí kompenzovat vlivy teploty, tlaku a molární hmotnosti na hustotu a koncentraci. Zákon ideálního plynu se používá ke spojení skutečných hodnot s vypočítanými hodnotami,

Dosazením těchto dvou vztahů do výše uvedených rovnic tlak-tok získáme plně kompenzované průtoky,

Q, m nebo n lze snadno izolovat dělením a extrakcí druhé odmocniny. Pamatujte, že kompenzace tlaku, teploty a hmotnosti jsou vyžadovány pro každý průtok bez ohledu na konečné jednotky nebo rozměry. Vidíme také vztahy,

Venturiho efekt lze pozorovat nebo použít v následujících případech:

Auta

• Eduktory nákladu na ropných a chemických tankerech
• Inspirers mísí vzduch a hořlavý plyn v grilech, plynových vařičích, Bunsenových hořákech a airbrush
• Vodní odsávačky vytvářejí částečné vakuum využitím kinetické energie tlaku vody v kohoutku
• Parní sifony využívají kinetickou energii tlaku páry k vytvoření částečného vakua
• Rozprašovače stříkají parfémy nebo aerosolové barvy (např. ze stříkací pistole)
• Karburátory využívají efektu k nasávání benzínu do proudu nasávaného vzduchu motoru.
• Hlava válců v pístovém motoru Má několik oblastí Venturiho trubice, jako je sedlo ventilu a vstup do portu.
• Provzdušňovače vína napouštějí víno vzduchem, když se nalévá do sklenice.
• Proteinové skimmery filtrují mořské akvárium
• Automatické čističe bazénů používají tlakovou vodu ke sběru usazenin a nečistot.
• Klarinety používají reverzní zúžení k urychlení proudění vzduchu trubicí, což zlepšuje zabarvení, odezvu a intonaci.
• trumpeta trombon, ovlivňující témbr
• Průmyslové vysavače používají stlačený vzduch
• Venturiho pračky se používají k čištění emisí spalin
• Injektory (také nazývané ejektory) se používají k přidávání plynného chlóru do systémů úpravy vody a chlorace.
• Parní vstřikovače využívají Venturiho efekt a latentní teplo vypařování k dodávání napájecí vody do kotle lokomotivy.
• Pískovací trysky urychlují a mísí vzduch a média.
• Stoková voda může být odváděna z jedoucího člunu malým odvodňovacím otvorem v trupu. Tlak vzduchu uvnitř pohybujícího se člunu je větší než tlak vody klouzající pod ním.
• Regulátor pro potápění využívá Venturiho efekt k udržení toku plynu, jakmile začne proudit.
• U bezzákluzových pušek ke snížení zpětného rázu při střelbě
• difuzor na autě
• Závodní vozy, které využívají přízemní efekt ke zvýšení přítlaku, a jsou tak schopné vyšších rychlostí v zatáčkách.
• Pěnové dávkovače používané k dodávání koncentrátu hasicí pěny do systémů požární ochrany
• Vzduchové kompresory Trompe zachycují padající vodní sloupec
• Šrouby v některých značkách paintballových značek.

V přírodě

• Hawa Mahal v Džajpuru také využívá Venturiho efekt tím, že umožňuje průchod chladného vzduchu, a tak zpříjemňuje celou oblast při vysokých teplotách v létě.
• Velká města, kde vítr vane mezi budovami – mezera mezi dvěma věžemi původního Světového obchodního centra byla ukázkovým příkladem jevu, kdy bylo známo, že přízemní oblast je rozfoukána větry. Ve skutečnosti byly některé poryvy větru tak silné, že chodci museli používat lana.
• Ve větrných horských průsmycích, což vedlo k chybným údajům o tlaku na výškoměru
• Vítr mistral v jižní Francii sílí napříč údolím Rhony.
• Nízkorychlostní aerodynamické tunely lze považovat za velmi velké Venturiho trubice, protože využívají Venturiho efekt ke zvýšení rychlosti a snížení tlaku k simulaci očekávaných letových podmínek.

• 3D animace principu měření průtoku diferenčního tlaku (Venturiho měřič)
• UT Austin. „Modelování Venturiho trubice“. Staženo 3. listopadu 2009.