Venturi-ilmiö

Kuvan mukaisella venturimittarilla voidaan mitata virtaavan aineen nopeus putkessa. Pisteessä 1 nopeus on pienempi ja paine suurempi kuin pisteessä 2.

Venturi-ilmiö on Bernoullin lakiin liittyvä ilmiö, jossa virtaavan fluidin nopeus suurenee ja paine pienenee, kun se kulkee kavennetun putken läpi. Koska aineen tilavuusvirtausnopeuden (yksikkö m³/s) on pysyttävä vakiona, niin putken kaventuessa on virtausnopeuden (yksikkö m/s) suurennuttava, mikä johtuu jatkuvuusyhtälön toteutumisesta. Ja kun virtaavan fluidin nopeus kasvaa putken kaventuessa, on fluidin aiheuttaman paineen pienennyttävä.

Venturi-ilmiö on nimetty italialaisen fyysikon Giovanni Battista Venturin mukaisesti.

Yhtälöitä

Bernoullin yhtälö

Bernoullin yhtälö putkessa virtaavalle aineelle, jonka tiheys on vakio $\rho$ (aine siis on kokoonpuristumaton) ja gravitaation aiheuttama kiihtyvyys $g$, voidaan esittää muodossa

$p_1+\rho g{y}_1+\frac{1}{2}\rho v_1^2=p_2+\rho g{y}_2+\frac{1}{2}\rho v_2^2$,

missä putken pisteessä 1 putken korkeus on $y_1$ ja aineen paine on $p_1$. Vastaavasti putken pisteessä 2 putken korkeus on $y_2$ ja aineen paine on $p_2$.

Paine-ero putken eri kohdissa

Jos kuitenkin tarkastellaan tilannetta, jossa putkella ei ole korkeuseroja (eli $y_1$ = $y_2$), niin Bernoullin yhtälöstä jätetään huomioimatta termit $\rho gy$. Tällöin voidaan laskea putken pisteissä 1 ja 2 kulkevan aineen paineiden erot muokatulla Bernoullin yhtälöllä

$p_1-p_2=\frac{1}{2}\rho (v_2^2-v_1^2)$,

joka siis kuvaa putkea, jossa pisteessä 2 putki on ohuempi kuin pisteessä 1.

Tilavuusvirta

Tilavuusvirta kertoo, kuinka suuri tilavuus virtaavaa ainetta putken tietyn kohdan poikkileikkauksen läpi kulkee aikayksikköä kohden. Jatkuvuusyhtälön mukaisesti tilavuusvirta $Q$ on kokoonpuristumattomalle fluidille putken paksuudesta riippumatta vakio

$Q=A_1{v}_1=A_2{v}_2$,

missä siis $A_1$ on putken kohdan 1 poikkileikkauksen pinta-ala ja $A_2$ on putken kohdan 2 poikkileikkauksen pinta-ala. Tämä yhtälö yhdistettynä yllä olevaan paine-eroyhtälöön

$p_1-p_2=\frac{1}{2}\rho (v_2^2-v_1^2)$

voidaan laskea putkessa virtaavan aineen tilavuusvirta yhtälöllä

$Q=A_1\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\rho (\frac{A_1^2}{A_2^2}-1)}}=A_2\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\rho (\frac{A_2^2}{A_1^2}-1)}}$.

Esimerkkejä Venturi-ilmiöstä

• Kaasutin
• Muita suonia ohuemmat hiussuonet ihmisen verenkierrossa
• Kaupungeissa ilmamassojen pakotettu liikkuminen tuulen mukana suurten rakennusten välissä
• Vesiputkistoissa olevan veden alipaineistus vesihanan avulla
• Suihke- ja sumutinpullot (esimerkiksi hajuvesi ja spraymaali)
• Vaahtosammutin

Katso myös

• Bernoullin laki
• Torricellin laki
• Pascalin laki
• Dynaaminen paine

Aiheesta muualla

• Venturi Tube Simulation. Malline:En