De term “Venturi-effect” is niet altijd even bekend. Toch komt het vaak voor in ons dagelijks leven. Verschillende van onze machines, zoals de stofzuiger, ventilatoren of de diffusor van een auto, zijn gebaseerd op dit verschijnsel. Laten we eerst eens kijken naar de wiskundige achtergrond, en dan zien we hoe we het kunnen gebruiken!
Elementaire stromingsleer Hoe werkt het venturi-effect?
Wanneer een vloeistof (gas of vloeistof) in het subsonische regime door een pijp met een kleinere doorsnede wordt geperst, neemt de statische druk af. De ideale, inviscide, onsamendrukbare vorm van de Bernoulli vergelijking beschrijft het verband tussen snelheid en druk:
waarbij p de druk is, 
Uit bovenstaande vergelijking blijkt dat bij een drukdaling de snelheid toeneemt en omgekeerd. Dit gedrag wordt waargenomen in het geval van visceuze en zwak samendrukbare stromingen. De verandering van de dichtheid en de aanwezigheid van wrijving beïnvloeden echter de verschijnselen. Als we bekend zijn met het principe van massa-continuïteit (snelheid moet toenemen) en het behoud van mechanische energie (druk moet afnemen), is het verschijnsel rechtlijnig.
Maar waarom onderzoeken we alleen subsonische stroming? De vraag leidt ons tot de overweging van de geluidssnelheidsbarrière, waar de aanwezigheid van de schokgolf een verdere toename van de volumestroom via de toename van de stroomopwaartse druk verhindert. Door een divergent mondstuk stroomafwaarts in het systeem te monteren, kunnen we het de Laval mondstuk creëren, wat de supersonische “versie” is van het Venturi-effect.
Download onze ‘Tips voor Architectuur, Engineering & Construction (AEC)’ white paper om te leren hoe u uw ontwerpen kunt optimaliseren!
Alledaagse gevallen van Venturi-effect en hoe u ervan kunt profiteren
Tuinslang
Een voorbeeld dat bijna iedereen wel eens heeft meegemaakt is wanneer de duim aan het uiteinde van een tuinslang wordt geplaatst. De snelheid van het water neemt toe als je je duim over het water legt, waardoor de doorsnede van de slang kleiner wordt. De druk neemt toe over het kleinere oppervlak, terwijl de smalle stroming dan een vacuüm in het water creëert. De toename van de kinetische energie van de vloeistof resulteert in een drukverlaging.
Wind in stedelijk gebied
Een ander effect, maar wel een dat minder comfortabel is, is wanneer de wind een smal gedeelte in een bebouwde omgeving binnendringt. De luchtstroom in deze ruimte ondervindt een drukval en aan de andere kant, zoals we al weten, neemt de snelheid ervan toe. Dit verklaart regio’s in steden waar het voor de bewoners aanzienlijk winderiger is dan elders. Een windproef in een stedelijk gebied zal vaak het Venturi-effect aan het licht brengen, naast vele andere nuttige onthullingen. Meer informatie over windexperimenten vindt u hier.
Brandstofinjectoren en -straalpompen
Hoewel jetpompen of brandstofinjectoren gebaseerd zijn op het zogenaamde ejectormechanisme, profiteren ze ook van het Venturi-effect. Wanneer de vloeistof met de hogere snelheid de kleinere doorsnede binnenkomt, creëert hij een vacuüm en geeft hij momentum aan de andere vloeistof.
Venturimeter of venturibuis
Door de verandering in druk te meten, kan de stroomsnelheid worden bepaald met behulp van een venturibuis. Het apparaat wordt gebruikt in verschillende industriële toepassingen omdat het de eenvoudigste en nauwkeurigste vorm van volumestroommeting is. Manometers of transducers worden op de twee verschillende secties (“vrije doorstroom” en “kleine doorstroom”) geïnstalleerd om het drukverschil te meten, zoals in de bovenstaande afbeelding is te zien. Aangezien we de geometrie van de Venturi-meter (A1, A2) en de vloeistof zelf (viscositeit en dichtheid) kennen, kan het debiet gemakkelijk worden berekend via:
waarbij Q het volumetrisch debiet is, A de doorsnede, en de andere symbolen reeds eerder zijn besproken. Aangezien de geometrie niet verandert, kunnen we het volgende concluderen:
- hoe hoger het drukverschil (hoe lager p2), hoe hoger het debiet
- het debiet kan worden verhoogd door de vloeistofdichtheid te verlagen
Office Plate
Een soortgelijke toepassing als de Venturi-buis is de orifice plate, die dezelfde relatie tussen druk en snelheid gebruikt voor debietmeting.
Het verschil is dat het apparaat bestaat uit een dunne plaat met een gat erin, waardoor de druk stroomopwaarts toeneemt en de stroming in het gat en stroomafwaarts wordt versneld. Om de massastroom te kunnen berekenen, moet de openingsplaat worden gekalibreerd, zodat de uitstroomcoëfficiënt beschikbaar is. Meer informatie over kalibratie, de expansiefactor, en ISO-voorschriften vindt u in dit Wikipedia-artikel.
Verken de voordelen van CFD voor het ontwerpen van windturbines en rotorbladen in deze whitepaper. Klik op de knop hieronder om te downloaden.
