Эффект Вентури

Эффект Вентури заключается в падении давления, когда поток жидкости или газа протекает через суженную часть трубы. Этот эффект назван в честь итальянского физика Джованни Вентури (1746—1822).

Закон Бернулли позволяет объяснить эффект Вентури: в узкой части трубы скорость течения жидкости выше, а давление меньше, чем на участке трубы большего диаметра, в результате чего наблюдается разница высот столбов жидкости

\Delta h

; бо́льшая часть этого перепада давлений обусловлена изменением скорости течения жидкости и может быть вычислена по уравнению Бернулли. Схема условна — не учитывается форма перехода.

Обоснование

Эффект Вентури является следствием действия закона Бернулли, которому соответствует уравнение Бернулли, определяющее связь между скоростью v жидкости, давлением p в ней и высотой h, на которой находится рассматриваемый элемент жидкости, над уровнем отсчёта:

h+{\frac {v^{2}}{2g}}+{\frac {p}{\rho g}}={\text{const}},

где $\rho$ — плотность жидкости, а $g$ — ускорение свободного падения.

Если уравнение Бернулли записать для двух сечений потока, то будем иметь:

{\frac {v_{1}^{2}}{2}}+gh_{1}+{\frac {p_{1}}{\rho }}={\frac {v_{2}^{2}}{2}}+gh_{2}+{\frac {p_{2}}{\rho }}

Для горизонтального потока средние члены в левой и правой частях уравнения равны между собой, и потому сокращаются, и равенство принимает вид:

{\frac {v_{1}^{2}}{2}}+{\frac {p_{1}}{\rho }}={\frac {v_{2}^{2}}{2}}+{\frac {p_{2}}{\rho }},

то есть при установившемся горизонтальном течении идеальной несжимаемой жидкости в каждом её сечении сумма пьезометрического и динамического напоров будет постоянной. Для выполнения этого условия в тех местах потока, где средняя скорость жидкости выше (то есть, в узких сечениях), её динамический напор увеличивается, а гидростатический напор уменьшается (и значит, уменьшается давление).

Применение

Эффект Вентури наблюдается или используется в следующих объектах:

в гидроструйных насосах, в частности, в танкерах для продуктов нефтяной и химической промышленности;
в горелках, которые смешивают воздух и горючие газы в гриле, газовой плите, горелке Бунзена и аэрографах;
в трубках Вентури — сужающих элементах расходомеров Вентури;
в расходомерах Вентури;
в водяных аспираторах эжекторного типа, которые создают небольшие разрежения с использованием кинетической энергии водопроводной воды;
пульверизаторах (опрыскивателях) для распыления краски, воды или ароматизации воздуха.
карбюраторах, где эффект Вентури используется для всасывания бензина во входной воздушный поток двигателя внутреннего сгорания;
в автоматизированных очистителях плавательных бассейнов, которые используют давление воды для собирания осадка и мусора;
в кислородных масках для кислородной терапии и др.
в автомобилестроении, в частности, в гоночных автомобилях, для создания аэродинамической прижимной силы с помощью профилированного днища (см. граунд-эффект)

Измерение расхода

Эффект Вентури может быть использован для измерения объёмного расхода $Q$ .

Так как

{\begin{cases}Q=v_{1}A_{1}=v_{2}A_{2}\\p_{1}-p_{2}={\frac {\rho }{2}}(v_{2}^{2}-v_{1}^{2}){\text{,}}\end{cases}}

то

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)}}}{\text{.}}

где

A_{1}

и

A_{2}

— площади поперечного сечения потоков, соответственно, в широкой и узкой частях потока;

p_{1}

и

p_{2}

— давления, соответственно, в широкой и узкой частях потока.

См. также

Сопло Лаваля

Ссылки

Демонстрация эффекта Вентури на опыте (видео)

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.