벤추리 효과

Venturi 효과는 파이프의 수축된 부분(또는 초크)을 통해 유체가 흐를 때 발생하는 유체 압력 감소입니다.Venturi 효과는 발견자인 18세기 이탈리아 물리학자 Giovanni Battista Venturi의 이름을 따서 명명되었습니다.

배경

비점성 유체역학에서 비압축성 유체의 속도는 질량 연속성의 원리에 따라 협착을 통과할 때 증가해야 하며, 정적 압력은 기계적 에너지의 보존 원리(베르누이 원리)에 따라 감소해야 합니다.따라서, 유체가 협착을 통해 증가하는 속도에 의해 얻을 수 있는 운동 에너지의 이득은 압력의 하락에 의해 균형을 잡습니다.

압력을 측정함으로써 Venturi 미터, Venturi 노즐, 오리피스 플레이트 등 다양한 유량 측정 장치와 같이 유량을 결정할 수 있다.

인접한 다이어그램을 참조하여 유선을 따라 안정적이고 압축할 수 없는 비점상 흐름(물 또는 기타 액체의 흐름 또는 기체의 저속 흐름 등)의 특수한 경우 베르누이의 방정식을 사용하여 협착에서의 이론적 압력 강하는 다음과 같이 구한다.

$({displaystyle p_{1}-p_{2}=black {rho}{2}\left(v_{2}^{2}-v_{1}^2}\오른쪽)$

$여기$서 $【{$}는 유체의 밀도, $(\$})은 파이프가 넓어지는 유체의 속도, $(\$})는$$ 파이프가 좁아지는 유체의 속도입니다(그림 참조).

막힌 흐름

Venturi 효과의 제한적인 경우는 유체가 막힌 흐름 상태에 도달하는 경우이며, 유체의 속도는 현지 음속에 근접합니다.유체 시스템이 폐쇄된 상태일 때, 오일이 압축되지 않는 한 다운스트림 압력 환경의 추가 감소는 속도 증가로 이어지지 않습니다.

압축 가능한 오일의 질량 유속은 업스트림 압력 증가에 따라 증가하며, 이는 수축 과정을 통해 오일의 밀도를 증가시킵니다(속도는 일정하게 유지됨).이것은 드 라발 노즐의 작동 원리입니다.소스 온도가 증가하면 로컬 음속도 증가하므로 질량 유량이 증가하지만, 그에 따른 밀도 감소를 보상하기 위해 노즐 면적도 증가해야 합니다.

섹션의 확장

베르누이 방정식은 반전할 수 있으며 유체가 느려지면 압력이 상승해야 합니다.그러나 튜브 단면의 팽창이 있으면 난류가 나타나 정리가 유지되지 않는다.모든 실험용 Venturi 튜브에서 입구 압력은 중간 섹션의 압력과 비교됩니다. 출력 섹션은 이 튜브와 비교되지 않습니다.

실험 장치

벤추리 튜브

가장 간단한 장치는 Venturi 튜브 또는 단순히 Venturi(복수: "Venturis" 또는 "Venturies")로 알려진 튜브형 장치입니다.유체는 다양한 직경의 파이프 길이를 통해 흐릅니다.과도한 공기 역학적 저항을 방지하기 위해 Venturi 튜브에는 일반적으로 30도의 엔트리 콘과 5도의 ^[1]출구 콘이 있습니다.

벤추리 튜브는 영구적인 압력 손실을 견딜 수 없고 점성이 높은 ^{[citation needed]}액체의 경우 최대 정확도가 필요한 공정에서 자주 사용됩니다.

오리피스판

벤추리 튜브는 단순한 오리피스 플레이트보다 제작 비용이 비싸며, 두 튜브 모두 동일한 기본 원리로 작동합니다.그러나 어떤 차압이라도 오리피스 플레이트는 훨씬 더 영구적인 에너지 손실을 ^[2]일으킵니다.

계측 및 측정

Venturi 튜브와 오리피스 플레이트는 모두 산업 분야 및 과학 실험실에서 액체의 유속을 측정하는 데 사용됩니다.

유량

Venturi는 Bernouli의 원리를 사용하여 체적 유량 Q$(\$ Q$)$를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.

부터

$디스플레이 스타일Q&=v_{1}A_{1}=v_{2}A_{2}\\[3pt]p_{1}-p_{2}&=frac {rho}{2}\left(v_{2}^{2}-v_{1}^2}\right)\end{aligned}}}$

그리고나서

${{displaystyle Q=A_{1}{\sqrt {2}{\rho }}\cdot {\frac {p_1}-p_{2}}{\lefts\frac {A_{1}}{{}}}{{{2}}}}=A_{2}-1}}}{\sqrt}{{\cdh}{{{\frt}}}}{{{{\frt}}}}}}}{\frt}}}{{{\frt}}}}}}}{{{$

Venturi는 액체와 가스를 혼합하는 데도 사용할 수 있습니다.펌프가 Venturi로 구성된 시스템에 연결된 튜브를 통해 액체를 강제로 통과시켜 액체의 속도를 높이고(직경 감소), 작은 구멍이 뚫린 짧은 튜브 조각이 들어간 후 속도를 줄이는 Venturi를 마지막으로 통과하면(파이프가 다시 넓어짐), 압력의 변화에 따라 가스가 작은 구멍으로 빨려 들어간다.시스템의 마지막에, 액체와 가스의 혼합물이 표시됩니다.이 유형의 사이펀에 대한 자세한 내용은 아스피레이터 및 압력 헤드를 참조하십시오.

차압

오일이 벤추리를 통해 흐를 때 오일의 팽창 및 압축으로 인해 벤추리 내부의 압력이 변화합니다.이 원리는 차압에 대해 보정된 게이지의 도량형에서 사용할 수 있습니다.이러한 유형의 압력 측정은 제트 또는 로켓 엔진의 연료 또는 연소 압력을 측정하는 데 더 편리할 수 있습니다.

액체 흐름을 측정하는 최초의 대규모 벤추리 계량기는 19세기 ^[3]말부터 작고 큰 물과 폐수의 흐름을 측정하기 위해 클레멘스 허셜에 의해 개발되었습니다.Holyoke Water Power Company에서 일하는 동안, Holyoke Cannel System에 있는 다른 제분소의 물 소비량을 측정하기 위한 수단을 개발하였고, 1886년에 처음으로 장치의 개발을 시작하였고, 2년 후 그는 편지 d에서 William Unwin에게 Venturi 미터기의 발명에 대해 설명하였습니다.1888년 ^[4]6월 5일에.

온도, 압력, 질량 보정

기본적으로 압력 기반의 미터는 운동 에너지 밀도를 측정합니다.베르누이 방정식(위에서 사용)은 질량 밀도 및 체적 흐름과 관련이 있다.

$({displaystyle \Delta P=param frac {1}{2}\rho (v_{2}^{2})=param frac {1}{2})\rho \left (\left\frac {A_{1}}\right) {{2}\rho frac {{1}^rho ({1})Q^{2}=k,\rho,Q^{2}}$

여기서 상수 항은 k로 흡수됩니다.밀도(${\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \mu }$V {$displaystyle$ m=\$rho$V}),$$ 몰 농도(${\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle C}$V${displaystyle$ n$=$ $Mn$}),$$ 몰 질량(${\displaystyle }$ ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle M}$ {$displaystyle$ m$=Mn})$의 정의를 사용하면 질량 흐름 또는 몰 흐름(표준 볼륨 흐름)을 도출할 수도 있습니다.

${\displaystyle {begin{aligned}\Delta P&=k,\rho,Q^{2}\&=k{{{1}{rho},{\&=k{rho}{C^{2},{\dot {n}}={cfrac {1}{\rho}{\frho}}{{\c}}{\frho}{\frc}}{\frc}{\frc}{c}}{c}}{c}}{c}}{c}}\end { aligned}}$

그러나 설계점 밖의 측정은 밀도 및 농도에 대한 온도, 압력 및 몰 질량의 영향을 보상해야 합니다.이상적인 가스 법칙은 실제 값과 설계 값을 관련짓는 데 사용됩니다.

${\displaystyle C=syslogfrac {P}RT}}=frac {P}{P^{\ominus}}\right}{\leftfrac {T}{T^{\ominus }}\right}}C^{\ominus}}$

${\displaystyle \rho = frac {MP} {RT} = frac {M} {M^{\ominus }} {\frac {P} {\right} {\frac\frac {T} {\fright}T^{\ominus }}\rho ^{\ominus}}\rho ^{\ominus}}.$

위의 압력-흐름 방정식에 이 두 관계를 대입하면 완전히 보정된 흐름이 생성됩니다.

${\displaystyle {begin{aligned}\Delta P&=k{\frac {M}{M^{\ominus}}{\frac {T}}{\frac {P^{\ominus}}}{\right}}{\frac\frac {T}}{\frac}T^{\ominus }}\rho ^{\ominus }}}\rho ^{\ominus },Q^{2}&=\Delta P_{max}{\frac {M}{\minus }}{\frac {P}{\frac {P^{\minus }}}}\fright}}{\frac}{\fr}}{\fr}{\fright }}T^{\ominus }}\right}}\leftflac {Q}{Q_{max}}\right)^{2}\&=k{\frac {T}{T^{\ominus }}\right}{M^{\ominus }}{\frac {P}{P^{\ominus}\rho^{\ominus}}{\dot {m}^{2}&=Delta P_{max}frac {\frac}T^{\ominus }}\right}{M^{\ominus}}{\frac {P}{P^{\ominus}}\right}}}\leftfrac {m}{\dot {m}}}{\right}{2\frac}\frac {\fright}\frac {\fr}{\fright}\frac {\fr}T^{\ominus }}\right}{\left({\frac {P}{\ominus }}}\right)C^{\ominus }}{\dot {n}^2}&=\Delta P_{max}{\frac {M}{M^{\ominus}}{\frac {T}{T^{\ominus }}\right}{\left({\frac {P}{\ominus }}\right)}}}\left({\frac {n}}{\dot {n}}}_{{max}}}}\right)^2}.\end { aligned}}$

Q, m 또는 n은 제곱근을 나누어 구함으로써 쉽게 분리할 수 있다.단부 단위 또는 치수에 관계없이 모든 흐름에 압력, 온도 및 질량 보정이 필요합니다.또한 우리는 관계를 볼 수 있습니다.

${\displaystyle {\frac {k}{\Delta P_{max}}&=frac {1}{\rho ^{max}{2}\=frac {\dot {m}_{max }}{\frac {\frac}{\frh}\end { aligned}}$

예

Venturi 효과는 다음과 같은 경우에 관찰되거나 사용될 수 있습니다.

기계들

• 보충 중에 각 배의 조타수는 Venturi 효과로 인해 항상 다른 배로부터 멀리해야 하며 그렇지 않으면 충돌할 것입니다.
• 석유제품 및 화학선박 유조선 화물 교육기관
• 흡기기는 그릴, 가스 스토브, 분젠 버너 및 에어브러시에 공기와 인화성 가스를 혼합합니다.
• 물 흡인기는 수도꼭지 수압의 운동 에너지를 사용하여 부분 진공 상태를 생성합니다.
• 증기 사이펀은 증기 압력의 운동 에너지를 사용하여 부분 진공 상태를 생성합니다.
• 아토마이저는 향수 또는 스프레이 페인트를 분산시킵니다(즉, 스프레이 건에서).
• 카뷰레터는 이 효과를 사용하여 엔진의 흡기 흐름으로 휘발유를 흡입합니다.
• 피스톤 엔진의 실린더 헤드에는 밸브 시트 및 좌현 입구와 같은 여러 개의 Venturi 영역이 있습니다.
• 와인 에어레이터는 와인이 잔에 부을 때 공기를 주입합니다.
• 단백질 스키머 필터 해수 물병
• 자동 수영장 청소기는 압력 측 수류를 사용하여 침전물과 파편을 수거합니다.
• 클라리넷은 리버스 테이퍼를 사용하여 튜브의 속도를 낮춰 톤, 반응 및 억양을^[5] 개선합니다.
• 음색에 영향을 미치는 트롬본의 리드파이프
• 산업용 진공 청소기는 압축 공기를 사용합니다.
• 벤추리 스크러버는 연도 가스 배출물을 청소하는 데 사용됩니다.
• 인젝터(이젝터라고도 함)는 수처리 염소 처리 시스템에 염소 가스를 추가하는 데 사용됩니다.
• 증기 인젝터는 Venturi 효과와 증발 잠열을 이용하여 증기 기관차 보일러에 급수를 공급합니다.
• 샌드 블라스팅 노즐이 가속화되고 공기와 미디어가 혼합됩니다.
• 움직이는 보트에서 선체 내의 작은 폐문을 통해 빌지 물을 비울 수 있습니다.움직이는 보트 내부의 공기 압력이 아래로 미끄러지는 물보다 큽니다.
• 스쿠버 다이빙 조절기는 가스가 흐르기 시작하면 Venturi 효과를 사용하여 가스 흐름을 유지합니다.
• 무반동 소총으로 사격의 반동을 줄인다.
• 자동차의 디퓨저
• 지상 효과를 활용하여 다운포스를 증가시켜 코너링 속도를 높일 수 있는 경주용 자동차
• 소방용 폼 농축액을 화재 보호 시스템으로 유도하는 데 사용되는 폼 프로포셔너
• 트롬프 에어 컴프레서가 하강하는 물기둥에 공기를 유입시킵니다.
• 페인트볼 마커 일부 브랜드의 볼트
• 저속 풍동은 Venturi 효과를 이용하여 속도를 높이고 압력을 감소시켜 ^[6]예상 비행 조건을 시뮬레이션하기 때문에 매우 큰 Venturi로 간주할 수 있다.

아키텍처

• 자이푸르의 하와 마할도 시원한 공기를 통과시켜 여름의 고온을 쾌적하게 하는 벤추리 효과를 활용한다.
• 건물 사이에 바람이 강제적으로 부는 대도시 - 원래 세계무역센터의 트윈타워 사이의 간격은 지상 광장을 바람으로 악명높게 ^[7]만든 현상의 극단적인 예였다.사실, 몇몇 돌풍은 너무 강해서 보행자들은 ^[8]밧줄로 도움을 받아야만 했다.

자연.

• 바람이 많이 부는 산길에서 압력 고도계^[9] 측정값이 잘못됨
• 프랑스 남부의 미스트랄 바람은 론 계곡을 통해 속도를 증가시킨다.

「 」를 참조해 주세요.

• 줄-톰슨 효과

레퍼런스

외부 링크

• 차압유량측정원리(벤추리미터)의 3D 애니메이션
• UT Austin. "Venturi Tube Simulation". Retrieved 2009-11-03.