Máy tính lưu lượng ống Venturi là gì?
Ống Venturi đo lưu lượng thể tích của chất lỏng chảy trong đường ống dựa trên nguyên lý Bernoulli: khi dòng chảy tăng tốc qua đoạn họng thu hẹp, áp suất tại đó giảm xuống. Chỉ cần đo độ chênh áp giữa đầu vào và họng, bạn có thể tính ra lưu lượng. Công cụ này dùng được cho mọi chất lỏng không nén với hệ đơn vị SI thống nhất.
Cách sử dụng
Nhập đường kính đầu vào \(D_1\) và đường kính họng \(D_2\) (đơn vị mét), độ chênh áp đo được \(\Delta P\) (pascal), khối lượng riêng của chất lỏng \(\rho\) (kg/m³) và hệ số lưu lượng \(C_d\) (thường từ 0,95–0,99 đối với ống Venturi chế tạo tốt). Máy tính sẽ trả về lưu lượng thể tích theo m³/s và L/s, vận tốc tại họng cùng diện tích hai mặt cắt.
Giải thích công thức
Phương trình cơ bản là:
$$Q = \text{C}_d \cdot A_2 \cdot \sqrt{\dfrac{2\,\Delta P}{\rho\left(1 - \left(\frac{A_2}{A_1}\right)^2\right)}}$$trong đó \(A_1 = \frac{\pi D_1^2}{4}\) và \(A_2 = \frac{\pi D_2^2}{4}\) lần lượt là diện tích mặt cắt tại đầu vào và tại họng. Hệ số lưu lượng \(C_d\) bù trừ cho ma sát và dòng chảy không lý tưởng trong thực tế. Vận tốc tại họng được tính đơn giản bằng \(v_2 = Q/A_2\).
Ví dụ minh họa
Với \(D_1 = 0{,}1\) m, \(D_2 = 0{,}05\) m, \(\Delta P = 5000\) Pa, \(\rho = 1000\) kg/m³ và \(C_d = 1\): \(A_1 = 0{,}0078540\) m², \(A_2 = 0{,}0019635\) m², tỷ số diện tích \(= 0{,}25\), nên \(1 - 0{,}25^2 = 0{,}9375\). Khi đó $$Q = 1 \times 0{,}0019635 \times \sqrt{\frac{10000}{937{,}5}} = 1 \times 0{,}0019635 \times 3{,}2660 = 0{,}006413 \ \text{m}^3/\text{s}$$ và vận tốc tại họng \(= 0{,}006413 / 0{,}0019635 \approx 3{,}266\) m/s. Nếu lấy \(C_d = 0{,}98\), vận tốc giảm còn khoảng 3,20 m/s.
Câu hỏi thường gặp
Nên chọn giá trị \(C_d\) bằng bao nhiêu? Ống Venturi cổ điển thường có hệ số lưu lượng trong khoảng 0,95 đến 0,99. Dùng 1,0 nếu muốn tính toán lý thuyết lý tưởng.
Có dùng được cho chất khí không? Phương trình giả định chất lỏng không nén, nên chính xác với chất lỏng và với chất khí ở vận tốc thấp/độ chênh áp nhỏ. Đối với dòng chảy nén được, bạn cần thêm hệ số giãn nở.
Vì sao vận tốc tại họng lớn hơn vận tốc đầu vào? Định luật bảo toàn khối lượng (phương trình liên tục) buộc dòng chảy phải tăng tốc khi đi qua diện tích họng nhỏ hơn, và đó cũng chính là lý do áp suất tại họng giảm.
