文丘里效应方程的应用

 

本文要点

文丘里效应方程实际上意味着什么？

在哪里可以观察到文丘里效应？

如何在 CFD 中更好地实现文丘里效应？

 

人们常说，数学是通用语言。这一论断的依据可能是：物理现象和理论概念可以用符号和方程来呈现。我们确实可以将数学视为一种语言，但它需要依赖图形来让读者理解。

 

事实上，因为观察结果能够轻松地以方程的形式表达，其可用性也在很大程度上得以提高。例如，由经常观察和/或经常使用的参数组成的方程往往（在图形上）很容易识别，并且（作为方程）被广泛应用。其中一种情况是，当流经管道的流体受到限制时，其常见参数（速度、密度和压力）会发生相应变化。该图很好地呈现了广泛应用的文丘里效应方程。

 

文丘里效应方程的图形视图

 

文丘里效应方程

实际上意味着什么？

文丘里效应以文艺复兴时期的意大利科学家 Giovanni Baptiste Venturi 的名字命名，是流体力学中的一个重要概念，适用于许多科学学科。文丘里效应方程能很好地体现这个概念，如下所示。

 

 

该方程涉及三个重要的流体参数：压力、密度和速度，当流经的面积减小时，流体流动从状态 1 变为状态 2。该方程在数学上等同于以下定义：

 

定义

文丘里效应方程表明，当流经的横截面积减小时，流体的压力差等于因收缩而产生的流体速度变化的平方乘以流体密度的一半。

 

文丘里效应方程表明了流体的质量和动量守恒，可用于解释各种系统的流体行为。例如，将伯努利原理应用于不可压缩的无粘性流体时。该方程强化了基本物理定律，可以轻松观察且适用范围广泛。

 

在哪里可以观察到

或应用文丘里效应？

 

也许大家不相信，但湍急的河流就是文丘里效应的一个例子

 

流体被迫流过较窄的区域，因而导致速度增加且压力降低，这是很常见的自然现象。

 

自然界中发生的文丘里效应：

流体流经山口

河流中的急流

体内血管的血流量增加

 

此外，日常生活中的一些事件也是文丘里效应，例如在有风的情况下，门会自动关上；在高层建筑周围，风力会增强。许多常见产品也利用了这种现象，例如以下列出的产品。

 

文丘里效应的常见应用：

乐器

真空吸尘器

喷嘴

化油器

雾化器

风洞（研究空气动力学）

 

以上只列出了几个示例，但从中可以看出，在涉及流体流动的商业产品中，文丘里效应具有广泛的适用性。

 

利用文丘里效应方程可增加所产生的能量，许多系统都对这一点加以运用。例如，水力和气动能源系统利用涡轮机产生更高的电量，这正是利用了流体流动速度的增长。另外，文丘里效应也可用于系统设计的 CFD 仿真和分析。

 

如何在 CFD 中

更好地实现文丘里效应

在许多应用中，要设计包含内部或外部流体流动机制或是受其影响的系统，文丘里效应是不可或缺的一个重要方面。这包括能源系统，例如电动机、发电机或其他基于涡轮机的设备。然而，分析这些系统的行为可能很复杂，需要准确的建模和精确的计算。

 

因此，应用文丘里效应方程的最佳方法是采用功能强大的分析工具，例如 Cadence 的 Fidelity CFD 软件平台。这包括集成了计算速度和评估工具的各种网格生成技术，可显著提高设计和开发过程的效率。点击文末阅读原文跳转阅读推文，了解 Cadence 计算流体力学解决方案。