Venturi-ilmiö

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Kuvan mukaisella venturimittarilla voidaan mitata virtaavan aineen nopeus putkessa.[1] 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.[2] 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.[1][3]

Venturi-ilmiö on nimetty italialaisen fyysikon Giovanni Battista Venturin mukaisesti.[3]

Yhtälöitä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Bernoullin yhtälö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Bernoullin yhtälö putkessa virtaavalle aineelle, jonka tiheys on vakio \rho (aine siis on kokoonpuristumaton) ja gravitaation aiheuttama kiihtyvyys g, voidaan esittää muodossa [1]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Jos kuitenkin tarkastellaan tilannetta, jossa putkella ei ole korkeuseroja (eli y_1 = y_2), niin Bernoullin yhtälöstä jätetään huomioimatta termit \rho g y. 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.

Tilavuusvirtausnopeus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tilavuusvirtausnopeus kertoo, kuinka suuri tilavuus virtaavaa ainetta putken tietyn kohdan poikkileikkauksen läpi kulkee aikayksikköä kohden. Jatkuvuusyhtälön mukaisesti tilavuusvirtausnopeus 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 ylläolevaan paine-eroyhtälöön

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

voidaan laskea putkessa virtaavan aineen tilavuusvirtausnopeus 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Bernoullin laki

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Venturi-ilmiö.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Young & Freedman: ”14.5”, University Physics with Modern Physics, 11. painos. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  2. The Language of Physics - Venturi effect (englanniksi)
  3. a b G. Rozza, D. B. P. Huynh & NC Nguyen: Venturi: Potential Flow (pdf) (englanniksi)