Venturi-effekt

Den Venturi-effekten , som er oppkalt etter den italienske fysiker Giovanni Battista Venturi , er navnet gitt til en fenomen i fluiddynamikk , hvorved et flytende fluid erfaringer depresjon hvor strømningshastigheten øker, eller når strømningshastigheten øker. Strømningstverrsnitt innsnevres.

Effekten er en manifestasjon av prinsippet om energibesparelse (formalisert i tilfelle væskestrømmer av Bernoullis teorem ) og kan uttales som følger: i tilfelle en horisontal væskestrøm, når strømningshastigheten øker, reduseres trykket nødvendigvis . Det kan også formuleres i henhold til denne varianten: i tilfelle horisontal strømning, hvis strømningsdelen avtar, reduseres også trykket i væsken; i dette tilfellet tar vi også i bruk prinsippet om bevaring av masse (og derfor av strømning), som vil føre til en økning i hastighet etter reduksjon av seksjonen, og dermed reduksjon i trykk som ovenfor.

Denne effekten finner applikasjoner innen forskjellige felt, for eksempel brannslanger, bilracing ( bakkeeffekt ) eller til og med hemodynamikk (studie av blodstrømmen).

Teori

Den Bernoullis teorem tillater oss å forstå dette: Hvis fluidets strømningshastighet er konstant og diameteren avtar hastigheten øker nødvendigvis; på grunn av energibesparelse resulterer økningen i kinetisk energi i en reduksjon i elastisk energi , det vil si en depresjon.

Venturi utvidet derfor Bernoullis arbeid ved å transformere Bernoullis vertikale modell (som involverer en variasjon i potensiell energi på grunn av høyde) til et lineært system. Han bruker Bernoullis ligning ved å avbryte den potensielle energiperioden (siden det ikke lenger er noen variasjon i høyden). På bildet av Venturi-teksten på motsatt side kan vi se det nå kjente diagrammet for enheten som i dag kalles venturi . Dette diagrammet viser også tre trykkmålinger inkludert en i nakken til venturien .

Venturi-effekten gjelder bare subsoniske strømningshastigheter ( << Mach 1 , si Mach 0.4).

Depresjon

I henhold til bevaring av strømmen, (hvor representerer snittet og hastigheten) eller

v1v2=PÅ2PÅ1(1){\ displaystyle {\ frac {v_ {1}} {v_ {2}}} = {\ frac {A_ {2}} {A_ {1}}} \ qquad (1)}

I følge Bernoullis teorem  :

hvor .

s1∗-s2∗=12ρv22-12ρv12=12ρv12((v2v1)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} \ venstre (\ venstre ({\ frac {v_ {2}} {v_ {1}}} \ høyre) ^ {2} -1 \ høyre)}

I henhold til (1):

s1∗-s2∗=12ρv12((PÅ1PÅ2)2-1){\ displaystyle p_ {1} ^ {*} - p_ {2} ^ {*} = {\ frac {1} {2}} \, \ rho \, v_ {1} ^ {2} \ left (\ left ({\ frac {A_ {1}} {A_ {2}}} \ høyre) ^ {2} -1 \ høyre)}

vil derfor være positivt som tilsvarer en depresjon.

Denne depresjonen kan skape en kavitasjonseffekt som kan være farlig for røret.

I fjellområdet

I fjellområder er Venturi-effekten ofte til stede. Når luften nær jordoverflaten, i generelt horisontal sirkulasjon, møter et fjell (eller en hvilken som helst hevet mark), er det forpliktet til å passere det hvis det ikke kan passere over dem. Vekten av de øvre lagene av luft, uforstyrret i deres bevegelse av hindringen, og den lokale naturen til denne hindringen, innebærer at den aktuelle luften ikke har andre frihetsgrader enn dens horisontale hastighet og egen kompressibilitet. Dette andre er generelt lavt. Siden luftpassasjen er mindre, akselereres denne luften slik at den opprettholder samme strømningshastighet som før (mengde luft som passerer gjennom et punkt per tidsenhet).

Det er av denne grunn at vinden på toppen av fjellet alltid er viktigere enn den ved basen. Tilsvarende vil en horisontal innsnevring av lettelsen , for eksempel et fjellovergang , skape en akselerasjon av vindene nedstrøms denne åpningen i fjellet.

Et maritimt sund mellom to fjellrike kyster skaper også en kraftig Venturi-effekt. Dermed er steder som Tarifa (det smaleste punktet i Gibraltarstredet ) eller Bouches de Bonifacio veldig blåsende steder (og ofte besøkt av brettseilere eller kitesurfingentusiaster ).

I luftfart er det derfor veldig viktig for piloter å analysere terrenget rundt dem for å kunne lande i fjellområder i full sikkerhet eller til og med bare å krysse et forhøyet område.

applikasjoner

Venturi-effekten kan brukes til å skape et vakuum og dermed oppnå sug . Dette brukes for eksempel:

Kan vi plassere en venturi i en venturi?

Som eksistensen av sekundære venturier som passerer på toppen av en fjellbarriere, hindrer ingenting å plassere en venturi i en venturi. Vakuumet ved halsen på den sekundære venturien er da enda større enn det som ville eksistere ved halsen på den primære venturi uten den sekundære venturi (bildet motsatt).

Merknader og referanser

  1. Jean-Jacques Rousseau, “  Effet Venturi  ” , på ressources.univ-lemans.fr (åpnet 6. august 2020 ) .
  2. Cléo Schweyer, “  In video: L'effet Venturi  ” , on Sciences pour tous, Université Lyon 1 ,11. oktober 2016(åpnet 6. august 2020 ) .
  3. Sylvie Malardel, Grunnleggende om meteorologi: ved tidens skole , Cépaduès ,2005( ISBN  978-2854286311 ) , s.  546.
  4. AeroCube, takvindmøllen fra Aeolta! - Vindturbin for enkeltpersoner,25. mars 2011.

Vedlegg

Relaterte artikler

Eksterne linker