» » Эффект Вентури

Эффект Вентури

19.03.2021


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).

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 + v 2 2 g + p ρ g = const , {displaystyle h+{frac {v^{2}}{2g}}+{frac {p}{ ho g}}={ ext{const}},}

где ρ {displaystyle ho } — плотность жидкости, а g {displaystyle g} — ускорение свободного падения.

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

v 1 2 2 + g h 1 + p 1 ρ = v 2 2 2 + g h 2 + p 2 ρ {displaystyle {frac {v_{1}^{2}}{2}}+gh_{1}+{frac {p_{1}}{ ho }}={frac {v_{2}^{2}}{2}}+gh_{2}+{frac {p_{2}}{ ho }}}

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

v 1 2 2 + p 1 ρ = v 2 2 2 + p 2 ρ , {displaystyle {frac {v_{1}^{2}}{2}}+{frac {p_{1}}{ ho }}={frac {v_{2}^{2}}{2}}+{frac {p_{2}}{ ho }},}

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 {displaystyle Q} .

Так как

{ Q = v 1 A 1 = v 2 A 2 p 1 − p 2 = ρ 2 ( v 2 2 − v 1 2 ) , {displaystyle {egin{cases}Q=v_{1}A_{1}=v_{2}A_{2}p_{1}-p_{2}={frac { ho }{2}}(v_{2}^{2}-v_{1}^{2}){ ext{,}}end{cases}}}

то

Q = A 1 2 ( p 1 − p 2 ) ρ ( ( A 1 A 2 ) 2 − 1 ) = A 2 2 ( p 1 − p 2 ) ρ ( 1 − ( A 2 A 1 ) 2 ) . {displaystyle Q=A_{1}{sqrt {frac {2left(p_{1}-p_{2} ight)}{ ho left(left({frac {A_{1}}{A_{2}}} ight)^{2}-1 ight)}}}=A_{2}{sqrt {frac {2left(p_{1}-p_{2} ight)}{ ho left(1-left({frac {A_{2}}{A_{1}}} ight)^{2} ight)}}}{ ext{.}}}

где

A 1 {displaystyle A_{1}} и A 2 {displaystyle A_{2}} — площади поперечного сечения потоков, соответственно, в широкой и узкой частях потока; p 1 {displaystyle p_{1}} и p 2 {displaystyle p_{2}} — давления, соответственно, в широкой и узкой частях потока.