ما هو جهاز فنتوري؟
جهاز أو مقياس فنتوري (بالإنجليزية: Venturi Meter) هو جهاز يستخدم لقياس معدل تدفق السائل داخل الأنبوب،[١] إذ يتم ذلك من خلال أنبوب قصير يشتمل على قنوات يتدفق السائل من خلالها ويوجد في منتصفها حلقة ضيقة، حيث يتسارع السائل عند دخوله في هذه الحلقة وينخفض الضغط، ويُطلق على هذا الأنبوب اسم أنبوب فنتوري (بالإنجليزية: Venturi Tube)، ويشار إلى أن أول من صمّم أنبوبًا يحوي حلقة ضيقة في المنتصف هو عالم الفيزياء الإيطالي جيوفاني باتيستا فينتوري (Giovanni Battista Venturi) حيث بدأ بملاحظة تأثيرات القنوات الضيقة على تدفق السوائل، وسُمي الأنبوب باسمه.[٢]
مبدأ عمل جهاز فنتوري
يعتمد جهاز فنتوري بشكل أساسي على قاعدة برنولي، إذ يرتكز عمل الجهاز بشكل أساسي على إنشاء فرق ضغط للأنبوب الداخلي، وذلك عن طريق تقليل مساحة المقطع العرضي عند مرار السائل المتدفق من خلاله، ثم يتم قياس الاختلاف في الضغط عن طريق جهاز قياس الضغط؛ المانوميتر (بالإنجليزية: Manometer)، كما يتم تحديد معدل تدفق السوائل أو التفريغ الناتج من الأنبوب، وينقسم أنبوب فنتوري إلى 3 أقسام؛ وهي: قسم المدخل ويكون مخروطيًا متقاربًا، وقسم المنتصف وهو عبارة عن حلقة أسطوانية ضيقة، والقسم الثالث هو المخرج وهو قسم مخروطي متباعد.[٣]
طريقة قياس كمية التدفق باستخدام الجهاز
كما ذكر سابقًا؛ يعتمد مبدأ عمل جهاز فنتوري على معادلة برنولي، ويتم إيجاد كمية التدفق من خلال ثلاث معادلات مختلفة؛ وهي: معادلة برنولي، ومعادلة حفظ الطاقة، ومعادلة الاستمرارية،[١] حيث يقلل القسم الضيق في الأنبوب من ضغط السائل للحفاظ على الطاقة وتزداد سرعته للحفاظ على الاستمرارية، فهو بذلك يوازن اكتساب الطاقة الحركية بانخفاض الضغط أو قوة تدرج الضغط.[٣]
من خلال تطبيق معادلة برنولي وتعويض معادلة الاستمرارية، يتم الحصول إلى المعادلة الآتية:[١]
حيث إن:
- Q: معدل التدفق.
- A1: مساحة مدخل الأنبوب.
- A2: مساحة مخرج الأنبوب.
- g: تسارع الجاذبية الأرضية وهو يساوي 9.8 م/ث.
- h: الارتفاع.
بُنيت هذه المعادلة على فرضيات مثل عدم وجود احتكاك وعدم تعرض التدفق للضغط؛ لذا فإن معدل التدفق الفعلي Qact عن معدل التدفق النظري Qtheo المحسوب في المعادلة أعلاه، مما يؤدي إلى حساب نسبة تُسمى بمعامل التدفق Cd ويُعبّر عنها من خلال المعادلة التالية:[٤]
Cd= Qact / Qtheo
وبالتالي فإنه يمكن إيجاد معدل التدفق الفعلي من خلال المعادلة الآتية، مع الإشارة إلى أن معدل التدفق الفعلي يكون عادة أقل من النظري:[١]
question:_objective:_flow_measurement_using_obstruction_flow_meters;_venturimeter_and_qrificemeter._apparatus:_flow_measuremen",_chegg,_retrieved_4/10/2021._edited._qact_="_0.16×10−3_m3/s__قراءات_مساحة_أنبوب_الفنتوري،_وارتفاعه:_AA_=_5.309_×_10−4_m2_AB_=_2.01_×_10−4_m2_h1_=_260_×_10−3_m_h2_=_230_×_10−3_m__قراءات_مساحة_فوهة_الجهاز،_وارتفاعاتها:_AE_=_2.116_×_10−4_m2_AF_=_3.141_×_10−4_m2_h1_=_258_×_10−3_m_h2_=_229_×_10−3_m__علما_أن_تسارع_الجاذبية_الأرضية:g_=_9.8_m_/_s2__ومعامل_التدفق_Cd_=_0.601_عند_الفوهة،_وCd_=_1.0_عند_الأنبوب__بناء_على_المعطيات_السابقة،_أوجد_كمية_التدفق_Qcalc_عند_أنبوب_جهاز_فنتوري_(Qventuri)،_وعند_الفوهة_(Qorifice).________________________________________________________إظهار_الحل_________________________________________الحل:________________________________باستخدام_المعادلة_الآتية،_يمكن_إيجاد_معدل_التدفق_عند_أنبوب_جهاز_فنتوري_(Qventuri):_6479f23180083_وبالتعويض_في_المعادلة:_hventuri_=_h1_-_h2_hventuri_=_260×10−3_-_230×10−3_hventuri_=_30×10−3_m__Qventuri_=_1×_2.01×10−4_×_2×9.8×30×10−3_/_(1-(2.01×10−4_/_5.309×10−4)2)__Qventuri_=_1.667_×_10−4_m3/s__بناء_على_المعادلة_الآتية،_نستطيع_إيجاد_معدل_التدفق_عند_أنبوب_جهاز_فنتوري_(Qorifice):_6479f23168f1a_بالتعويض_في_المعادلة،_نجد_Qorifice:_horifice_=_258×10−3_-_229_×10−3_horifice_=_29_×10−3__Qorifice_=_0.601×_3.141×10−4_×_2×9.8×29×10−3/_(1-(3.141×10−4_/_2.116×10−4)2)__Qorifice_=_1.440_×_10−4_m3/s________________________________________________إخفاء_الحل________________________________________________________6479f23192919"" style="cursor: text"> السؤال: في إحدى التجارب التي استخدم فيها جهاز فنتوري لقياس التدفق، كانت القراءات الجهاز كالآتي:[٥]
Qact = 0.16×10−3 m3/s
قراءات مساحة أنبوب الفنتوري، وارتفاعه:
AA = 5.309 × 10−4 m2
AB = 2.01 × 10−4 m2
h1 = 260 × 10−3 m
h2 = 230 × 10−3 m
قراءات مساحة فوهة الجهاز، وارتفاعاتها:
AE = 2.116 × 10−4 m2
AF = 3.141 × 10−4 m2
h1 = 258 × 10−3 m
h2 = 229 × 10−3 m
علما أن تسارع الجاذبية الأرضية:g = 9.8 m / s2
ومعامل التدفق Cd = 0.601 عند الفوهة، وCd = 1.0 عند الأنبوب
بناء على المعطيات السابقة، أوجد كمية التدفق Qcalc عند أنبوب جهاز فنتوري (Qventuri)، وعند الفوهة (Qorifice).
الحل: باستخدام المعادلة الآتية، يمكن إيجاد معدل التدفق عند أنبوب جهاز فنتوري (Qventuri):
وبالتعويض في المعادلة:
hventuri = h1 - h2
hventuri = 260×10−3 - 230×10−3
hventuri = 30×10−3 m
Qventuri = 1× 2.01×10−4 × 2×9.8×30×10−3 / (1-(2.01×10−4 / 5.309×10−4)2)
Qventuri = 1.667 × 10−4 m3/s
بناء على المعادلة الآتية، نستطيع إيجاد معدل التدفق عند أنبوب جهاز فنتوري (Qorifice):
بالتعويض في المعادلة، نجد Qorifice:
horifice = 258×10−3 - 229 ×10−3
horifice = 29 ×10−3
Qorifice = 0.601× 3.141×10−4 × 2×9.8×29×10−3/ (1-(3.141×10−4 / 2.116×10−4)2)
Qorifice = 1.440 × 10−4 m3/s
في إحدى التجارب التي استخدم فيها جهاز فنتوري لقياس التدفق، كانت القراءات الجهاز كالآتي:[٥]
Qact = 0.16×10−3 m3/s
قراءات مساحة أنبوب الفنتوري، وارتفاعه:
AA = 5.309 × 10−4 m2
AB = 2.01 × 10−4 m2
h1 = 260 × 10−3 m
h2 = 230 × 10−3 m
قراءات مساحة فوهة الجهاز، وارتفاعاتها:
AE = 2.116 × 10−4 m2
AF = 3.141 × 10−4 m2
h1 = 258 × 10−3 m
h2 = 229 × 10−3 m
علما أن تسارع الجاذبية الأرضية:g = 9.8 m / s2
ومعامل التدفق Cd = 0.601 عند الفوهة، وCd = 1.0 عند الأنبوب
بناء على المعطيات السابقة، أوجد كمية التدفق Qcalc عند أنبوب جهاز فنتوري (Qventuri)، وعند الفوهة (Qorifice).
باستخدام المعادلة الآتية، يمكن إيجاد معدل التدفق عند أنبوب جهاز فنتوري (Qventuri):
وبالتعويض في المعادلة:
hventuri = h1 - h2
hventuri = 260×10−3 - 230×10−3
hventuri = 30×10−3 m
Qventuri = 1× 2.01×10−4 × 2×9.8×30×10−3 / (1-(2.01×10−4 / 5.309×10−4)2)
Qventuri = 1.667 × 10−4 m3/s
بناء على المعادلة الآتية، نستطيع إيجاد معدل التدفق عند أنبوب جهاز فنتوري (Qorifice):
بالتعويض في المعادلة، نجد Qorifice:
horifice = 258×10−3 - 229 ×10−3
horifice = 29 ×10−3
Qorifice = 0.601× 3.141×10−4 × 2×9.8×29×10−3/ (1-(3.141×10−4 / 2.116×10−4)2)
Qorifice = 1.440 × 10−4 m3/s
عيوب جهاز فنتوري
يوجد عدة عيوب لجهاز فنتوري المختص في قياس التدفق، ومن هذه العيوب ما يأتي:[٣]
- التكاليف الأولية العالية للتركيب.
- صعوبة التركيب.
- صعوبة فحص ومراقبة عمل الجهاز.
تطبيقات جهاز فنتوري
هناك العديد من التطبيقات التي تستخدم هذا النوع من أجهزة قياس التدفق، ومنها:[٦]
- أنابيب المياه: حيث يستخدم جهاز فنتوري في خطوط الأنابيب المستخدمة في تجميع مياه الصرف الصحي ومحطات المعالجة؛ لأن هيكل الجهاز التصميمي له يسمح بمرور المواد الصلبة من خلاله مما يقلل من التراكم أمام الأنابيب فتكون قراءات ضغط مياه الصرف الصحي وسرعتها أكثر دقة.
- أنابيب النفط الخام: سبب استخدام جهاز فنتوري فيها؛ هو أن درجات الحرارة والضغوط للمواد الكيميائية التي تمر من خلال خط الأنابيب لا تؤثر على دقة مقياس تدفق فنتوري، كما أنه يستخدم في الأنابيب الموجودة في البيئات المتقلبة جويًا لأنه لا يحتوي على أجزاء متحركة ولا وجود لخطر التجمد أو الكسر بسبب التمدد الحراري.
المراجع
- ^ أ ب ت ث "Venturimeter is a device used to measure the", BYJU'S, Retrieved 15/9/2021. Edited.
- ↑ "Venturi Tube", Britannica, Retrieved 15/9/2021. Edited.
- ^ أ ب ت "Venturimeter", Purnea College of Engineering, Retrieved 16/9/2021. Edited.
- ↑ EXPERIMENT(1).pdf "VENTURIMETER EXPERIMENT", Ankara Yildrim Beyazit University, Retrieved 16/9/2021. Edited.
- ↑ "Question: Objective: Flow Measurement Using Obstruction Flow Meters; Venturimeter And Qrificemeter. Apparatus: Flow Measuremen", chegg, Retrieved 4/10/2021. Edited.
- ↑ Alexis Rohlin (13/3/2018), "The Uses of the Venturi Meter", sciencing, Retrieved 3/10/2021. Edited.
