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Venturi-Düse

Eine Venturi-Düse (auch Venturi-Rohr, entwickelt von Giovanni Battista Venturi) besteht aus einem glattwandigen Rohrstück mit einer Verengung des Querschnitts, beispielsweise durch zwei gegeneinander gerichtete Konen, die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind. An dieser Stelle ist daneben ein Abnahmerohr platziert.

Venturi-Düse zur Demonstration des Bernoulli-Effekts

Wirkprinzip Bearbeiten

Eine Venturi-Düse wird vom Fluid Luft durchflossen. Die Flüssigkeit im Abnahmerohr zeigt die Druckdifferenz.

Wenn ein Fluid durch eine Venturi-Düse fließt, ist an der engsten Stelle des Rohres der dynamische Druck (Staudruck) maximal und der hydrostatische Druck minimal. Die Geschwindigkeit des Fluids steigt im Verhältnis der Querschnitte beim Einströmen in den engeren Teil an, weil im ganzen Rohr dieselbe Masse pro Zeit durchfließt (Kontinuitätsgesetz). Dadurch sinkt der Druck im Abnahmerohr, das sich im engen Teil befindet. Damit entsteht ein Differenzdruck, der in Messgeräten oder zum Ansaugen von Flüssigkeiten oder Gasen benutzt werden kann.

Die Druckdifferenz ist bei idealen Flüssigkeiten (inkompressibel und reibungsfrei) durch die Bernoulli-Gleichung gegeben. Bei idealen Gasen gilt die erweiterte Bernoulli-Gleichung.

Anwendungen Bearbeiten

Venturi-Düsen finden sich heute in der Technik in einer Vielzahl von Anwendungen, da sie wartungsarm und kostengünstig arbeiten. Sie werden in der Aquarientechnik als Abschäumer verwendet ebenso wie in der Chemie als sogenannte Venturi-Injektoren, um Gase in Flüssigkeiten aufzulösen oder als Messwertgeber für Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen oder Flüssigkeiten. Außerdem wird dieses Prinzip in Ölern der Aufbereitungseinheit von pneumatischen Anlagen verwendet. Als industrielle Normteile des Maschinenbaues sind Venturi-Düsen als „Einschweißdruckgeber“ nach DIN 19215 und ISO 5167 definiert.

Messinstrumente Bearbeiten

Das Venturi-Prinzip wird zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen angewendet, siehe Venturi-Durchflussmessung. Das Bild im Abschnitt Wirkprinzip zeigt ein sich verengendes Glasrohr mit von rechts einströmender Luft. Deren Druck ist dort am geringsten, wo der Querschnitt des Rohres am engsten bzw. die Strömungsgeschwindigkeit am höchsten ist. Das Manometer misst die statischen Drücke vor und in der Verengung, deren Differenz von der Strömungsgeschwindigkeit und der Luftdichte abhängt.
Der Durchfluss im Venturi-Rohr mit kritischer Strömung (en. "critical flow Venturi", "sonic nozzles") erreicht im Bereich des Punktes mit dem geringsten Durchmesser Überschallströmung, siehe auch Lavaldüse. Der Massendurchfluss ist direkt proportional zum Eingangsdruck. Diese Anordnung kann als präziser Standard für Durchflussmengen oder als Messgerät eingesetzt werden. Es gibt eine Norm ISO 9300 für diese Düsen.

Vergaser Bearbeiten

Autogas-Venturi-Düse

Eine weitere Anwendung findet sich im Motorenbau. Um einen Verbrennungsmotor mit gasförmigem (Autogas bzw. Erdgas) oder flüssigem Brennstoff (z. B. Benzin) zu betreiben, muss dieser mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft als Oxidationsmittel vermischt werden. Das Gas wird dabei in einer Venturi-Düse vor der Drosselklappe in der richtigen Menge in den angesaugten Luftstrom eingemischt (Vergaser).

Luftfahrt Bearbeiten

Venturi-Rohr an einem Flugzeug

Das Venturi-Rohr war eines der ersten Geräte in der Motorfliegerei, mit dem man Unterdruck erzeugen konnte. Der Doppeltrichter war am Flugzeugrumpf so montiert, dass er genau in der Abströmrichtung des Propellers lag. Mit Hilfe des im Rohr erzeugten Unterdrucks konnten dann die Kreiselinstrumente wie Kreiselkompass (Gyro), künstlicher Horizont und Wendezeiger betrieben werden. In den Anfängen der Fliegerei wurde das Venturi-Rohr auch versuchsweise direkt als Fahrtmesser verwendet.

Das Venturi-Rohr hat für die Fliegerei einen entscheidenden Nachteil. Die Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft führt zu einer stärkeren Abkühlung derselben. Daher neigt das System sehr leicht zur Vereisung (siehe auch Vergaservereisung). Dieses hat dazu geführt, dass Venturi-Rohre heute in der Fliegerei, außer bei Oldtimern, nicht mehr verwendet werden. Sie sind durch die Suction-Pump (deutsch Unterdruckpumpe) bzw. das Pitotrohr ersetzt worden. Der Wendezeiger wird heute meist von einem Gleichstrommotor angetrieben, um bei Ausfall der Suction-Pump und damit des künstlichen Horizonts weiter korrekt anzuzeigen.

Dekantierausguss für Weinflaschen Bearbeiten

Venturi-Dekantierausguss

Als Dekantierausguss für Weinflaschen findet das Venturi-Rohr zur Geschmacksverbesserung von Rotwein Verwendung. Das System ist ein spezieller Ausguss, der auf den Flaschenhals aufgesetzt wird. Eine Einschnürung im System vergrößert die Fließgeschwindigkeit des Weines. Durch den dabei erzeugten Unterdruck gegenüber der Umgebungsluft wird Luft durch einen Kanal an der engsten Stelle des Ausgusses angesaugt und unter die Flüssigkeit gemischt; es kommt zu einem Druckausgleich mit Blasenbildung. Die hierbei entstehende Vergrößerung der Oberflächen erleichtert die Entfaltung von Geschmacks- und Aromastoffen.

Pflanzenschutz Bearbeiten

Luftinjektordüsen aus dem Pflanzenschutz

Bei Pflanzenschutzgeräten werden Venturi-Düsen eingesetzt, um die Abdrift der Tropfen zu verringern. Hierbei wird der Spritzbrühe Luft beigemischt, um die Tropfen größer werden zu lassen.

Torluftschleier Bearbeiten

Luftschleieranlage in einem Verwaltungsgebäude

Bei Luftschleieranlagen kann der Schleier gleichmäßig über die gesamte Breite der Anlage verteilt werden, indem man den Luftstrom durch einen engen Spalt lenkt.

Abgasreinigung Bearbeiten

In der Abgasreinigung werden Venturi-Rohre zur gemeinsamen Abscheidung von gas- und partikelförmigen Schadstoffen eingesetzt. In oder kurz vor der Querschnittsverengung wird Waschflüssigkeit zugegeben und durch die hohe Gasgeschwindigkeit vernebelt. Venturiwäscher sind in der Lage, Partikel deutlich kleiner als 1 µm abzuscheiden.

Mathematische Beschreibung Bearbeiten

Venturi-Rohr

Aus Bernoulli-Gleichung:

mit

folgt

Aufgrund der Massenerhaltung nach dem Kontinuitätsgesetz

gilt weiterhin

Damit ergibt sich der Massenstrom im Venturi-Rohr zu

Siehe auch Bearbeiten

Literatur Bearbeiten

  • Dieter Schulz, Weisweiler: Laborversuch Volumenstrommessung in der Saugleitung eines Radialgebläses. Labor für Strömungstechnik, FH Friedberg.
  • Ernst Götsch: Luftfahrzeug-Technik. 4. Auflage. Motorbuch, Stuttgart 2005, ISBN 3-613-02006-8.
  • Jeppesen Sanderson (Hrsg.): Privat Pilot Manual. Jeppesen Sanderson, Englewood 1997, ISBN 0-88487-238-6.
  • Wolfgang Kühr: Technik I. Schiffmann, Bergisch Gladbach 1989, ISBN 3-921270-05-7 (Der Privatflugzeugführer. Band 1).

Weblinks Bearbeiten

Commons: Venturi-Effekt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. VDI 3679 Blatt 1:2014-07 Nassabscheider; Grundlagen, Abgasreinigung von partikelförmigen Stoffen (Wet separators; Fundamentals, waste gas cleaning of particle collections). Beuth Verlag, Berlin. S. 40.
  2. Hans Güntheroth: Venturi-Scrubber zur Abscheidung von Rauch, Nebeln und Aerosolen. In: Staub: Zeitschrift für Staubhygiene, Staubtechnik, Reinhaltung der Luft, Radioaktive Schwebestoffe. 21, Nr. 9, 1961, S. 430–434.
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Veröffentlichungsdatum:
Eine Venturi Duse auch Venturi Rohr entwickelt von Giovanni Battista Venturi besteht aus einem glattwandigen Rohrstuck mit einer Verengung des Querschnitts beispielsweise durch zwei gegeneinander gerichtete Konen die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind An dieser Stelle ist daneben ein Abnahmerohr platziert source source source source source source source Venturi Duse zur Demonstration des Bernoulli Effekts Inhaltsverzeichnis 1 Wirkprinzip 2 Anwendungen 2 1 Messinstrumente 2 2 Vergaser 2 3 Luftfahrt 2 4 Dekantierausguss fur Weinflaschen 2 5 Pflanzenschutz 2 6 Torluftschleier 2 7 Abgasreinigung 3 Mathematische Beschreibung 4 Siehe auch 5 Literatur 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseWirkprinzip Bearbeiten nbsp Eine Venturi Duse wird vom Fluid Luft durchflossen Die Flussigkeit im Abnahmerohr zeigt die Druckdifferenz Wenn ein Fluid durch eine Venturi Duse fliesst ist an der engsten Stelle des Rohres der dynamische Druck Staudruck maximal und der hydrostatische Druck minimal Die Geschwindigkeit des Fluids steigt im Verhaltnis der Querschnitte beim Einstromen in den engeren Teil an weil im ganzen Rohr dieselbe Masse pro Zeit durchfliesst Kontinuitatsgesetz Dadurch sinkt der Druck im Abnahmerohr das sich im engen Teil befindet Damit entsteht ein Differenzdruck der in Messgeraten oder zum Ansaugen von Flussigkeiten oder Gasen benutzt werden kann Die Druckdifferenz ist bei idealen Flussigkeiten inkompressibel und reibungsfrei durch die Bernoulli Gleichung gegeben Bei idealen Gasen gilt die erweiterte Bernoulli Gleichung Anwendungen BearbeitenVenturi Dusen finden sich heute in der Technik in einer Vielzahl von Anwendungen da sie wartungsarm und kostengunstig arbeiten Sie werden in der Aquarientechnik als Abschaumer verwendet ebenso wie in der Chemie als sogenannte Venturi Injektoren um Gase in Flussigkeiten aufzulosen oder als Messwertgeber fur Stromungsgeschwindigkeiten von Gasen oder Flussigkeiten Ausserdem wird dieses Prinzip in Olern der Aufbereitungseinheit von pneumatischen Anlagen verwendet Als industrielle Normteile des Maschinenbaues sind Venturi Dusen als Einschweissdruckgeber nach DIN 19215 und ISO 5167 definiert Messinstrumente Bearbeiten Das Venturi Prinzip wird zur Messung der Stromungsgeschwindigkeit von Flussigkeiten und Gasen angewendet siehe Venturi Durchflussmessung Das Bild im Abschnitt Wirkprinzip zeigt ein sich verengendes Glasrohr mit von rechts einstromender Luft Deren Druck ist dort am geringsten wo der Querschnitt des Rohres am engsten bzw die Stromungsgeschwindigkeit am hochsten ist Das Manometer misst die statischen Drucke vor und in der Verengung deren Differenz von der Stromungsgeschwindigkeit und der Luftdichte abhangt Der Durchfluss im Venturi Rohr mit kritischer Stromung en critical flow Venturi sonic nozzles erreicht im Bereich des Punktes mit dem geringsten Durchmesser Uberschallstromung siehe auch Lavalduse Der Massendurchfluss ist direkt proportional zum Eingangsdruck Diese Anordnung kann als praziser Standard fur Durchflussmengen oder als Messgerat eingesetzt werden Es gibt eine Norm ISO 9300 fur diese Dusen Vergaser Bearbeiten nbsp Autogas Venturi Duse Hauptartikel Vergaser Eine weitere Anwendung findet sich im Motorenbau Um einen Verbrennungsmotor mit gasformigem Autogas bzw Erdgas oder flussigem Brennstoff z B Benzin zu betreiben muss dieser mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft als Oxidationsmittel vermischt werden Das Gas wird dabei in einer Venturi Duse vor der Drosselklappe in der richtigen Menge in den angesaugten Luftstrom eingemischt Vergaser Luftfahrt Bearbeiten nbsp Venturi Rohr an einem FlugzeugDas Venturi Rohr war eines der ersten Gerate in der Motorfliegerei mit dem man Unterdruck erzeugen konnte Der Doppeltrichter war am Flugzeugrumpf so montiert dass er genau in der Abstromrichtung des Propellers lag Mit Hilfe des im Rohr erzeugten Unterdrucks konnten dann die Kreiselinstrumente wie Kreiselkompass Gyro kunstlicher Horizont und Wendezeiger betrieben werden In den Anfangen der Fliegerei wurde das Venturi Rohr auch versuchsweise direkt als Fahrtmesser verwendet Das Venturi Rohr hat fur die Fliegerei einen entscheidenden Nachteil Die Erhohung der Stromungsgeschwindigkeit der Luft fuhrt zu einer starkeren Abkuhlung derselben Daher neigt das System sehr leicht zur Vereisung siehe auch Vergaservereisung Dieses hat dazu gefuhrt dass Venturi Rohre heute in der Fliegerei ausser bei Oldtimern nicht mehr verwendet werden Sie sind durch die Suction Pump deutsch Unterdruckpumpe bzw das Pitotrohr ersetzt worden Der Wendezeiger wird heute meist von einem Gleichstrommotor angetrieben um bei Ausfall der Suction Pump und damit des kunstlichen Horizonts weiter korrekt anzuzeigen Dekantierausguss fur Weinflaschen Bearbeiten nbsp Venturi DekantierausgussAls Dekantierausguss fur Weinflaschen findet das Venturi Rohr zur Geschmacksverbesserung von Rotwein Verwendung Das System ist ein spezieller Ausguss der auf den Flaschenhals aufgesetzt wird Eine Einschnurung im System vergrossert die Fliessgeschwindigkeit des Weines Durch den dabei erzeugten Unterdruck gegenuber der Umgebungsluft wird Luft durch einen Kanal an der engsten Stelle des Ausgusses angesaugt und unter die Flussigkeit gemischt es kommt zu einem Druckausgleich mit Blasenbildung Die hierbei entstehende Vergrosserung der Oberflachen erleichtert die Entfaltung von Geschmacks und Aromastoffen Pflanzenschutz Bearbeiten nbsp Luftinjektordusen aus dem PflanzenschutzBei Pflanzenschutzgeraten werden Venturi Dusen eingesetzt um die Abdrift der Tropfen zu verringern Hierbei wird der Spritzbruhe Luft beigemischt um die Tropfen grosser werden zu lassen Torluftschleier Bearbeiten nbsp Luftschleieranlage in einem VerwaltungsgebaudeBei Luftschleieranlagen kann der Schleier gleichmassig uber die gesamte Breite der Anlage verteilt werden indem man den Luftstrom durch einen engen Spalt lenkt Abgasreinigung Bearbeiten Hauptartikel Venturiwascher In der Abgasreinigung werden Venturi Rohre zur gemeinsamen Abscheidung von gas und partikelformigen Schadstoffen eingesetzt 1 In oder kurz vor der Querschnittsverengung wird Waschflussigkeit zugegeben und durch die hohe Gasgeschwindigkeit vernebelt 2 Venturiwascher sind in der Lage Partikel deutlich kleiner als 1 µm abzuscheiden Mathematische Beschreibung Bearbeiten nbsp Venturi RohrAus Bernoulli Gleichung w 1 2 r 2 p 1 r g z 1 w 2 2 r 2 p 2 r g z 2 displaystyle frac w 1 2 rho 2 p 1 rho gz 1 frac w 2 2 rho 2 p 2 rho gz 2 nbsp mit z 1 z 2 h displaystyle z 1 z 2 h nbsp p 1 p 2 D p displaystyle p 1 p 2 Delta p nbsp folgt D p r g h 1 2 r w 2 2 w 1 2 1 2 r w 2 2 1 w 1 2 w 2 2 displaystyle Delta p rho gh frac 1 2 rho w 2 2 w 1 2 frac 1 2 rho w 2 2 left 1 frac w 1 2 w 2 2 right nbsp Aufgrund der Massenerhaltung nach dem Kontinuitatsgesetz w 1 A 1 w 2 A 2 displaystyle w 1 A 1 w 2 A 2 nbsp w 1 A 2 A 1 w 2 displaystyle w 1 frac A 2 A 1 w 2 nbsp gilt weiterhin D p r g h 1 2 r w 2 2 1 A 2 A 1 2 displaystyle Delta p rho gh frac 1 2 rho w 2 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7 Der Privatflugzeugfuhrer Band 1 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Venturi Effekt Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Uni Wurzburg Arbeitsweise einer Venturi Duse MPG 413 kB 3D Animation des Differenzdruck Durchfluss Messprinzips fur Blende Duse Venturi auf YouTube Animated Demonstration of Bernoulli s Principle Memento vom 4 Dezember 2003 im Internet Archive englisch Venturi Tube Simulation englisch Java erforderlich Einzelnachweise Bearbeiten VDI 3679 Blatt 1 2014 07 Nassabscheider Grundlagen Abgasreinigung von partikelformigen Stoffen Wet separators Fundamentals waste gas cleaning of particle collections Beuth Verlag Berlin S 40 Hans Guntheroth Venturi Scrubber zur Abscheidung von Rauch Nebeln und Aerosolen In Staub Zeitschrift fur Staubhygiene Staubtechnik Reinhaltung der Luft Radioaktive Schwebestoffe 21 Nr 9 1961 S 430 434 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Venturi Duse amp oldid 235296961