本文要點(diǎn)

文丘里效應(yīng)方程實(shí)際上意味著什么？

在哪里可以觀察到文丘里效應(yīng)？

如何在 CFD 中更好地實(shí)現(xiàn)文丘里效應(yīng)？

人們常說，數(shù)學(xué)是通用語言。這一論斷的依據(jù)可能是：物理現(xiàn)象和理論概念可以用符號和方程來呈現(xiàn)。我們確實(shí)可以將數(shù)學(xué)視為一種語言，但它需要依賴圖形來讓讀者理解。

事實(shí)上，因?yàn)橛^察結(jié)果能夠輕松地以方程的形式表達(dá)，其可用性也在很大程度上得以提高。例如，由經(jīng)常觀察和/或經(jīng)常使用的參數(shù)組成的方程往往（在圖形上）很容易識別，并且（作為方程）被廣泛應(yīng)用。其中一種情況是，當(dāng)流經(jīng)管道的流體受到限制時(shí)，其常見參數(shù)（速度、密度和壓力）會發(fā)生相應(yīng)變化。該圖很好地呈現(xiàn)了廣泛應(yīng)用的文丘里效應(yīng)方程。

文丘里效應(yīng)方程的圖形視圖

文丘里效應(yīng)方程

實(shí)際上意味著什么？

文丘里效應(yīng)以文藝復(fù)興時(shí)期的意大利科學(xué)家 Giovanni Baptiste Venturi 的名字命名，是流體力學(xué)中的一個(gè)重要概念，適用于許多科學(xué)學(xué)科。文丘里效應(yīng)方程能很好地體現(xiàn)這個(gè)概念，如下所示。

該方程涉及三個(gè)重要的流體參數(shù)：壓力、密度和速度，當(dāng)流經(jīng)的面積減小時(shí)，流體流動從狀態(tài) 1 變?yōu)闋顟B(tài) 2。該方程在數(shù)學(xué)上等同于以下定義：

定義

文丘里效應(yīng)方程表明，當(dāng)流經(jīng)的橫截面積減小時(shí)，流體的壓力差等于因收縮而產(chǎn)生的流體速度變化的平方乘以流體密度的一半。

文丘里效應(yīng)方程表明了流體的質(zhì)量和動量守恒，可用于解釋各種系統(tǒng)的流體行為。例如，將伯努利原理應(yīng)用于不可壓縮的無粘性流體時(shí)。該方程強(qiáng)化了基本物理定律，可以輕松觀察且適用范圍廣泛。

在哪里可以觀察到

或應(yīng)用文丘里效應(yīng)？

也許大家不相信，但湍急的河流就是文丘里效應(yīng)的一個(gè)例子

流體被迫流過較窄的區(qū)域，因而導(dǎo)致速度增加且壓力降低，這是很常見的自然現(xiàn)象。

自然界中發(fā)生的文丘里效應(yīng)：

流體流經(jīng)山口

河流中的急流

體內(nèi)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應(yīng)，例如在有風(fēng)的情況下，門會自動關(guān)上；在高層建筑周圍，風(fēng)力會增強(qiáng)。許多常見產(chǎn)品也利用了這種現(xiàn)象，例如以下列出的產(chǎn)品。

文丘里效應(yīng)的常見應(yīng)用：

樂器

真空吸塵器

噴嘴

化油器

霧化器

風(fēng)洞（研究空氣動力學(xué)）

以上只列出了幾個(gè)示例，但從中可以看出，在涉及流體流動的商業(yè)產(chǎn)品中，文丘里效應(yīng)具有廣泛的適用性。

利用文丘里效應(yīng)方程可增加所產(chǎn)生的能量，許多系統(tǒng)都對這一點(diǎn)加以運(yùn)用。例如，水力和氣動能源系統(tǒng)利用渦輪機(jī)產(chǎn)生更高的電量，這正是利用了流體流動速度的增長。另外，文丘里效應(yīng)也可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 CFD 仿真和分析。

如何在 CFD 中

更好地實(shí)現(xiàn)文丘里效應(yīng)

在許多應(yīng)用中，要設(shè)計(jì)包含內(nèi)部或外部流體流動機(jī)制或是受其影響的系統(tǒng)，文丘里效應(yīng)是不可或缺的一個(gè)重要方面。這包括能源系統(tǒng)，例如電動機(jī)、發(fā)電機(jī)或其他基于渦輪機(jī)的設(shè)備。然而，分析這些系統(tǒng)的行為可能很復(fù)雜，需要準(zhǔn)確的建模和精確的計(jì)算。

因此，應(yīng)用文丘里效應(yīng)方程的最佳方法是采用功能強(qiáng)大的分析工具，例如 Cadence 的 Fidelity CFD 軟件平臺。這包括集成了計(jì)算速度和評估工具的各種網(wǎng)格生成技術(shù)，可顯著提高設(shè)計(jì)和開發(fā)過程的效率。點(diǎn)擊文末閱讀原文跳轉(zhuǎn)閱讀推文，了解 Cadence 計(jì)算流體力學(xué)解決方案。