Venturiho efekt

Venturiho efekt , pojmenoval italského fyzika Giovanni Battista Venturi , je název pro jev v dynamiky tekutin , kterým proudí kapalina zkušenosti deprese, kde se zvyšuje rychlost proudění, nebo tam, kde se zvyšuje rychlost toku. Proudit sekce zužuje.

Účinek je projevem principu zachování energie (formalizovaný v případě toků tekutin Bernoulliho teorémem ) a lze jej uvést následovně: v případě horizontálního toku tekutiny, když se rychlost proudění zvyšuje, tlak nutně klesá . Lze jej také formulovat podle této varianty: v případě vodorovného proudění, pokud se průtoková část zmenší, sníží se také tlak v kapalině; v tomto případě také uvedeme do hry princip zachování hmoty (a tedy i toku), který způsobí zvýšení rychlosti po zmenšení úseku, a tedy pokles tlaku, jak je uvedeno výše.

Tento efekt nachází uplatnění v různých oblastech, jako jsou požární hadice, automobilové závody ( pozemní efekt ) nebo dokonce hemodynamika (studie průtoku krve).

Teorie

The Bernoulliho věta nám umožňuje pochopit: v případě, že rychlost průtoku kapaliny je konstantní a průměr se snižuje se rychlost zvyšuje nutně; v důsledku zachování energie vede zvýšení kinetické energie ke snížení elastické energie , to znamená k depresi.

Venturi proto rozšířil Bernoulliho práci transformací Bernoulliho vertikálního modelu (zahrnujícího změnu potenciální energie v důsledku výšky) do lineárního systému. Bernoulliho rovnici opět trvá zrušením termínu potenciální energie (protože již neexistuje výšková variace). Na obrázku Venturiho textu naproti tomu můžeme vidět nyní známý diagram zařízení, kterému se dnes říká Venturiho . Tento diagram také ukazuje tři měření tlaku, včetně jednoho na krku uvedené Venturiho trubice .

Venturiho efekt se týká pouze podzvukových rychlostí proudění ( << Mach 1 , řekněme Mach 0,4).

Deprese

Podle zachování toku (kde představuje úsek a rychlost) nebo

proti1proti2=NA2NA1(1){\ displaystyle {\ frac {v_ {1}} {v_ {2}}} = {\ frac {A_ {2}} {A_ {1}}} \ qquad (1)}

Podle Bernoulliho věty  :

kde .

p1∗-p2∗=12ρproti22-12ρproti12=12ρproti12((proti2proti1)2-1){\ displaystyle p_ {1} ^ {*} - p_ {2} ^ {*} = {\ frac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {2} ^ {2} - {\ frac { 1} {2}} \, \ rho \, v_ {1} ^ {2} = {\ frac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {1} ^ {2} \ vlevo (\ vlevo ({\ frac {v_ {2}} {v_ {1}}} \ vpravo) ^ {2} -1 \ vpravo)}

Podle (1):

p1∗-p2∗=12ρproti12((NA1NA2)2-1){\ displaystyle p_ {1} ^ {*} - p_ {2} ^ {*} = {\ frac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {1} ^ {2} \ left (\ left ({\ frac {A_ {1}} {A_ {2}}} \ vpravo) ^ {2} -1 \ vpravo)}

bude tedy pozitivní, což odpovídá depresi.

Tato deprese může vytvořit kavitační efekt, který může být pro potrubí nebezpečný.

V horské oblasti

V horských oblastech je často přítomen Venturiho efekt. Když se vzduch v blízkosti povrchu země, obecně v horizontální cirkulaci, setká s horou (nebo s jakýmkoli vyvýšeným povrchem), je povinen, aby překročil tuto překážku, projít přes ni, pokud nemůže přejít přes ně. Hmotnost horních vrstev vzduchu, nerušených v jejich pohybu překážkou, a místní povaha této překážky znamenají, že dotčený vzduch nemá jiné stupně volnosti než jeho horizontální rychlost a vlastní stlačitelnost. Tato sekunda je obecně nízká. Sekce průchodu vzduchu je menší, proto se tento vzduch zrychluje tak, aby se udržela stejná rychlost proudění jako dříve (množství vzduchu procházejícího bodem za jednotku času).

Z tohoto důvodu je vítr na vrcholcích hor vždy důležitější než vítr na jejich základně. Podobně horizontální zúžení reliéfu , jako je horský průsmyk , vytvoří zrychlení větrů pod tímto otvorem v horách.

Námořní úžina mezi dvěma horskými pobřeží také vytváří silný Venturiho efekt. Lokality jako Tarifa (nejužší bod Gibraltarského průlivu ) nebo Bouches de Bonifacio jsou tedy velmi větrnými místy (a velmi navštěvované milovníky windsurfingu nebo kitesurfingu ).

V letectví je proto velmi důležité, aby piloti analyzovali terén, který je obklopuje, aby mohli přistát v horských oblastech s naprostou bezpečností nebo dokonce jednoduše překročit vyvýšenou oblast.

Aplikace

Venturiho efekt lze použít k vytvoření vakua a tím k dosažení sání . Používá se například:

Můžeme umístit Venturiho trubici do Venturiho trubice?

Stejně jako existence sekundárních Venturů, jako jsou průchody na vrcholu horské bariéry, nic nebrání umístění Venturiho do Venturiho trubice. Vakuum na krku sekundární Venturiho trubice je pak ještě větší než vakuum, které by existovalo na krku primární Venturiho trubice bez sekundární Venturiho trubice (obr.).

Poznámky a odkazy

  1. Jean-Jacques Rousseau, „  Effet Venturi  “ , na ressources.univ-lemans.fr (přístup k 6. srpnu 2020 ) .
  2. Cléo Schweyer, „  Ve videu: L'effet Venturi  “ , na Sciences pour tous, Université Lyon 1 ,11. října 2016(zpřístupněno 6. srpna 2020 ) .
  3. Sylvie Malardel, Základy meteorologie: ve škole času , Cépaduès ,2005( ISBN  978-2854286311 ) , str.  546.
  4. AeroCube, střešní větrná turbína od společnosti Aeolta! - Větrná turbína pro jednotlivce,25. března 2011.

Dodatky

Související články

externí odkazy