6.7. Принцип Вентури и его применение

Вентури использовал в 1877 году уравнение Бернулли и неразрывности для изобретения устройства известного, как «труба Вентури» или «расходомер Вентури». Используя сужение потока, по показаниям пьезометров или манометров можно вычислить расход жидкости.

Принцип Вентури: при постоянстве расхода и неразрывности жидкости, давление в суженой части меньше, чем в нормальном сечении потока.

1. Расходомер Вентури – устройство для измерения расхода, устанавливаемое в трубопроводах и выполняющее сужение потока — дросселирование (рис.6.8).

Рис.6.9 Расходомер Вентури

Расходомер состоит из двух участков — плавно сужающегося сопла и постепенно расширяющегося диффузора. Скорость потока в суженном месте возрастает, а давление падает. Возникает перепад давлений, который измеряется двумя пьезометрами и дифференциальным U-образным манометром.

В сечении 1-1 перед сужением скорость потока равна V₁, давление Р₁, площадь сечения S₁ , а в cечении 2-2: V₂, P₂ ,S₂ , разность показаний пьезометров, присоединенных к сечениям ΔН. Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 :

где потери в сужении от S₁ до S_2., то есть между сечениями 1 и 2.

Уравнение расхода(неразрывности), выражаем скорость V₂ через V₁

Перепад давлений в сечениях равен

Откуда скорость V₂

Объемный расход

где С — величина постоянная для данного расходомера.

Зная величину С, в который входит ζ, можно найти расход в трубопроводе по этой формуле. Коэффициент С можно определить теоретически, но лучше найти его экспериментально при тарировании расходомера.

Вместо пьезометров для измерения перепада давлений в расходомере можно применить дифференциальный манометр, заполненный ртутью. Над ртутью в трубках находится жидкость с плотностью ρ, поэтому можно записать для уровня 0-0, уравнение статики

Р₁+ρgΔh= Р₂+ρ_ртgΔh, (Р₁- Р₂ ) = ρ_ртgΔh – ρgΔh, (Р₁- Р₂ ) =ΔНρg, откуда

6.8 Карбюратор поршневых двигателей внутреннего сгорания служит для подсоса бензина и смешивания его с потоком воздуха

Рис.6.10 Схема карбюратора

Поток воздуха засасываемого в двигатель, сужается там (диаметр D), где установлен распылитель бензина, трубка диаметром - d. Скорость воздуха в этом сечении возрастает, а давление падает. Бензин подсасывается в поток воздуха.

Рассматривается отношение массовых расходов бензина Q_б и воздуха Q_в при заданных размерах D и d и коэффициентах сопротивления воздушного канала ζвк и жиклера ζж.

Уравнение Бернулли в абсолютных давлениях записывается для потока воздуха в сечениях 0-0 и 2-2

для потока бензина, сечения 1-1 и 2-2, получим (при z₁= z₂‚ и α= 1):

Откуда

Учитывая, что массовые расходы

получим

Отношения расходов бензина и воздуха зависит от постоянных величин и постоянно.

6.10. Трубка полного напора ( трубка Пито) служит для измерения скорости в трубе.

Если установить в этом потоке трубку, повернутую под углом 90°, отверстием навстречу потоку и пьезометр, то жидкость в этой трубке поднимается над уровнем в пьезометре на высоту равную скоростному напору.

Рис.6.11 Трубка Пито

Объясняется это тем, что скорость V частиц жидкости, попадающих в отверстие трубки, уменьшается до нуля, а давление, следовательно, увеличивается на величину скоростного напора. Измерив, разность высот подъема жидкости в трубке Пито и пьезометре, легко определить скорость жидкости в данной точке. На этом же принципе основано измерение скорости полета самолета. На рис.6.7 показана схема самолетной скоростной трубки (насадка) для измерения малых по сравнению со скоростью звука скоростей полета.

Запишем уравнение Бернулли для струйки, которая набегает на трубку вдоль ее оси, а затем растекается по ее поверхности. Для сечений 0-0 (невозмущенный поток) и 1-1 (где V =0), получаем

Так как боковые отверстия трубки приближенно воспринимают давление невозмущенного потока, р₂ ≈ р₀ , следовательно, из предыдущего имеем