|
 |
Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии
|
Общий каталог эффектов
 | Инжекции эффект |
 |
Ускорение ламинарного воздушного потока при прохождении через плавное сужение
Анимация
Описание
Эффект инжекции потока (эффект Вентури) - ускорение ламинарного воздушного потока при прохождении через плавное сужение, что приводит к снижению давления в зоне сужения. Эффект Вентури является следствием закона Бернулли:
где p - давление, ρ - плотность, v - скорость.
Из закона Бернулли следует, что давление газа или жидкости меньше там, где меньше сечение трубки (рис.1).
Понижение давления в узкой части трубки.
Рис.1.
Эффект инжекции можно наблюдать, если подуть между двумя параллельно расположенными полосками бумаги. Вместо ожидаемого расхождения, полоски сомкнутся. Происходит это из-за того, что давление воздуха, движущегося между полосками, понижается по сравнению с давлением воздуха с внешней стороны полосок.
Расходомер Вентури (рис. 2) представляет собой сужение, или горло, в тракте трубопровода постоянного сечения. В горле скорость возрастает, а давление соответственно уменьшается. Разность статических давлений на входе и в горле регистрируется дифференциальным манометром, и расход жидкости определяется по формуле
где Q – объемный расход жидкости, измеряемый в м3/с, А1 и А2 – площади поперечных сечений на входе и в горле соответственно, r – плотность жидкости, (p1 – p2) – разность статических давлений на входе и в горле и С – определяемый экспериментально коэффициент расходомерного насадка, принимающий значения, как правило, от 0,95 до 0,99. Введение коэффициента насадка отражает потери давления внутри расходомера.
Это уравнение (с равным единице коэффициентом насадка) непосредственно следует из уравнения Бернулли и уравнения неразрывности Q = A1V1 = A2V2. Член (p1 – p2)/r в приведенном уравнении пропорционален разности высот двух столбов ртути. В случае течения газа это уравнение несколько видоизменяется за счет появления дополнительного множителя, учитывающего сжимаемость газа.
Выходной (расширяющийся) конус трубы Вентури предназначен для расширения проходного сечения потока до прежнего значения. Суммарные потери давления в трубе Вентури составляют от 5 до 20%.
Ключевые слова
Разделы наук
Используется в научно-технических эффектах
Используется в областях техники и экономики
Используются в научно-технических эффектах совместно с данным эффектом естественнонаучные эффекты
1 |  | Критерий подобия Кнудсена (Критерий подобия Кнудсена) |
1 |  | Аэродинамическое качество (Аэродинамическое качество) |
1 |  | Критерии подобия. Число Маха (Критерии подобия. Число Маха) |
1 |  | Сверхзвуковой пограничный слой при обтекании тела потоком с большим числом М (Сверхзвуковой пограничный слой при обтекании тела потоком с большим числом М) |
1 |  | Отрыв пограничного слоя от поверхности (Отрыв пограничного слоя от поверхности) |
1 |  | Истечение газа со сверхзвуковой скоростью в область, где давление меньше давления в струе (Истечение газа со сверхзвуковой скоростью в область, где давление меньше давления в струе) |
1 |  | Возникновение резкого увеличения давления, скорости, температуры и уменьшение скорости течения газа в сверхзвуковой области (Точка разветвления струй, критическая скорость потока при обтекании) |
1 |  | Общие условия перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому и обратно (Условия перехода от дозвукового течения к сверхзвуковому и обратно) |
1 |  | Распределение давления по профилю крыла (Распределение давления по профилю крыла) |
1 |  | Вихревое движение газа (Вихревое движение газа) |
1 |  | Сопротивление движению тела со стороны обтекающей его жидкости или сопротивление движению жидкости, вызванное влиянием стенок труб, каналов и т.д. (Гидродинамическое сопротивление) |
1 |  | Струя – форма течения жидкости, при которой жидкость(газ) течёт в окружающем пространстве, заполненном жидкостью (газом) с отличающимися от струи параметрами (скоростью, температурой, плотностью, составом и тому подобное) (Течение в сверхзвуковой струе) |
1 |  | Распространение ударных волн (Распространение возмущений, содержащих разрывы плотности, давления и скорости распространения, в нелинейных средах) |
1 |  | Резкое изменение давления в жидкости (Гидравлический удар) |
1 |  | Ускорение ламинарного воздушного потока при прохождении через плавное сужение (Инжекции эффект) |
1 |  | Трение при относительном движении соприкасающихся тел (Трение скольжения) |
1 |  | Создание момента силы (Создание момента силы ) |
1 |  | Эффект передачи момента силы посредством твёрдого тела (Механического рычага эффект) |
Применение эффекта
Важное явление, возникающее вследствие ветрового воздействия на здание — эффект трубки Вентури. Этот эффект представляет собой ускорение ламинарного воздушного потока при прохождении через плавное сужение, что приводит к снижению давления в зоне сужения. Эффект Вентури может возникать при прохождении воздушного потока между двумя высотными зданиями, расположенными достаточно близко друг от друга, поэтому при проектировании высотного здания требуется учет не только его аэродинамики, но и прилегающей городской застройки.
Эффект Вентури может быть использован при проектировании вытяжной вентиляции. Например, для того, чтобы переместить нейтральную зону как можно ближе к уровню крыши, создатели здания «RWE AG» (127 м) в Эссене, Германия, разместили над вытяжной шахтой выпуклый диск специально подобранной формы. Благодаря эффекту Вентури над вытяжной шахтой создается разрежение, что позволяет сместить нейтральную зону ближе к уровню кровли и более эффективно удалять загрязненный воздух из здания (рис.1).
Сдвиг нейтральной зоны за счет эффекта Вентури
Рис. 1.
Естественная вентиляция, обусловленная гравитационными силами, приводит к образованию нейтральной зоны вблизи средней части шахты независимо от разности температур воздуха в шахте и наружного воздуха. Это может привести к тому, что загрязненный вытяжной воздух будет поступать в помещения верхних этажей.
Для того, чтобы сместить нейтральную зону как можно ближе к уровню крыши здания, необходимо увеличить длину шахты.
Реализации эффекта
Международная группа дизайнеров и инженеров Home-energy представила свой новый продукт – ветряк Energy Ball, который, по мнению разработчиков, является новым словом в аэродинамике ветряных генераторов электричества. Главной особенностью новинки является компоновка на нем лопастей, по типу сферы.
Рис.1.
Такая схема расположения лопастей хороша тем, что все они соединены с ротором обоими концами и когда ветер проходит сквозь них, он дует параллельно ротору, что и увеличивает КПД ветряного генератора. Также, из-за необычной формы лопастей, Energy Ball может создавать потоки воздуха, действующие на ротор рывками – также как пороги в реке действуют на поток воды (так называемый эффект Вентури).
Рис.2.
Все вышеперечисленные достоинства выгодно отличают ветряные электрогенераторы от аналогичных генераторов стандартной компоновки. Тем более, что Energy Ball может работать даже при очень низкой скорости ветра и производить гораздо меньше шума, чем обычные «ветряки».
Литература
1. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Аэродинамика высотных зданий // АВОК. 2004. № 8.
2. Андронов И.В. Измерение расхода жидкостей и газов. М., 1981