Venturi-ilmiö

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.

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

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

$p_{1}+\rho gy_{1}+{\frac {1}{2}}\rho v_{1}^{2}=p_{2}+\rho gy_{2}+{\frac {1}{2}}\rho v_{2}^{2}$,

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. (englanniksi)