Le tube Venturi est un appareil fondamental en mécanique des fluides, utilisé pour mesurer la vitesse d'un fluide ou son débit.
Il a été inventé par le physicien italien Giovanni Battista Venturi au XVIIIe siècle et fonctionne sur la base du principe de Bernoulli , qui décrit comment la pression d'un fluide diminue à mesure que sa vitesse augmente dans une région à écoulement restreint. Ce phénomène est essentiel dans de nombreuses applications pratiques qui tirent parti des propriétés des fluides, telles que l'ingénierie aéronautique, la mesure du débit et les systèmes de pompage.
Fonctionnement du tube Venturi
Un tube Venturi se compose de trois sections principales :
- Entrée à section large : Ici, le fluide pénètre dans le tube à une vitesse relativement faible et avec une pression plus élevée.
- Section étroite ou gorge : Le diamètre du tuyau est considérablement réduit dans cette partie, ce qui provoque une augmentation de la vitesse du fluide due à la conservation de la masse (principe de continuité). Par conséquent, la pression diminue.
- Sortie de section large : À la sortie de la section étroite, le tube s'élargit à nouveau, permettant à la vitesse du fluide de diminuer et à la pression d'augmenter à nouveau.
Cette conception simple permet de mesurer le débit de fluide à travers la différence de pression entre la section large et la gorge. Selon l'équation de Bernoulli, dans un écoulement incompressible, l'énergie totale reste constante, donc à mesure que la vitesse du fluide dans la gorge augmente, la pression doit diminuer proportionnellement.
Principe de Bernoulli appliqué au tube Venturi
La relation entre la pression et la vitesse dans le tube Venturi peut être comprise grâce à l' équation de Bernoulli . Cette équation indique que, pour un fluide incompressible et sans friction, la somme de l'énergie cinétique (liée à la vitesse), de l'énergie potentielle (liée à la hauteur) et de la pression en tout point de l'écoulement est constante.
Dans le tube Venturi, la contribution de la hauteur est généralement ignorée car les différences de hauteur entre les différentes sections du tube sont généralement négligeables.
Par conséquent, l’équation est simplifiée et se concentre sur la relation entre la pression et la vitesse. Lorsque le diamètre du tube est réduit au niveau du col, la vitesse du fluide doit augmenter pour maintenir le débit. Cette augmentation de vitesse entraîne une diminution de pression, selon le principe de Bernoulli.
Exemples d'applications de tubes Venturi
Le tube Venturi est utilisé dans un large éventail d'applications en ingénierie et dans d'autres domaines, en raison de sa capacité à mesurer avec précision le débit d'un fluide et les propriétés liées à sa pression et à sa vitesse. Certaines des applications les plus courantes incluent :
1. Mesure de débit dans les systèmes fluidiques
Le tube Venturi est souvent utilisé comme débitmètre car il permet de calculer le débit d'un fluide en mesurant la différence de pression entre la section large et la gorge.
Ce type de mesure est utilisé dans les applications industrielles, les systèmes d'irrigation, les usines de traitement de l'eau et bien d'autres domaines où il est nécessaire de contrôler le débit de liquides ou de gaz. Les compteurs Venturi sont très précis et efficaces, provoquant moins de pertes d'énergie par rapport aux autres appareils de mesure de débit.
2. Applications dans les moteurs à combustion interne
L'effet Venturi est utilisé dans les carburateurs des moteurs à combustion interne pour mélanger l'air et le carburant dans des proportions appropriées avant la combustion.
L'air entrant dans le carburateur passe par un col étroit, ce qui augmente sa vitesse et réduit sa pression. Cette chute de pression crée une aspiration qui aspire le carburant sous forme de vapeur, le mélangeant à l'air avant qu'il n'entre dans la chambre de combustion.
3. Systèmes de ventilation et de refroidissement
Dans les systèmes de refroidissement et de ventilation, le tube Venturi est utilisé pour contrôler le débit d'air et de liquides réfrigérants. En tirant parti du principe de Bernoulli, ces systèmes peuvent ajuster efficacement la vitesse et la pression du fluide, améliorant ainsi l'efficacité énergétique et assurant une distribution uniforme du réfrigérant ou de l'air.
4. Injecteurs et systèmes de pompage
Le principe Venturi est également utilisé dans les injecteurs , qui sont des dispositifs conçus pour mélanger des liquides ou des gaz en utilisant une aspiration créée par une pression décroissante.
Les injecteurs sont utilisés dans diverses applications, depuis les équipements médicaux jusqu'aux systèmes d'irrigation et aux stations de pompage industrielles. Dans ces systèmes, la chute de pression dans la gorge du tube Venturi est utilisée pour créer une force d'aspiration qui aspire le fluide d'une source secondaire et le mélange avec le fluide primaire.
5. Avion et aérodynamique
En génie aéronautique, le tube Venturi aide à expliquer comment les avions génèrent de la portance.
Le profil aérodynamique d'une aile d'avion crée un effet Venturi : l'air passant au-dessus de l'aile se déplace à une vitesse plus élevée et subit donc une pression plus faible que l'air passant en dessous.
Cette différence de pression génère une force de portance qui permet à l'avion de s'élever.