Physik & Technik

Venturirohr berechnen: Durchfluss aus dem Wirkdruck

Geben Sie Rohr- und Engstellendurchmesser, die gemessene Druckdifferenz, die Dichte des Mediums und den Durchflusskoeffizienten ein. Der Rechner liefert Volumenstrom, Massenstrom und die Geschwindigkeiten vor und in der Engstelle.

Venturirohr und Medium
100 mbar entsprechen 10.000 Pa oder etwa 1 m Wassersäule.
Wasser bei 20 °C: 998 kg/m³, Luft bei 20 °C: etwa 1,2 kg/m³.
Klassisches Venturirohr meist 0,98 bis 0,995; Herstellerangabe verwenden, falls vorhanden.
Ergebnis

Wie das Venturirohr den Durchfluss verrät

Ein Venturirohr verengt den Querschnitt einer Leitung allmählich und weitet ihn danach wieder auf. In der Engstelle strömt das Medium schneller, und nach dem Satz von Bernoulli sinkt dort der statische Druck. Aus diesem Druckunterschied zwischen Einlauf und Engstelle, dem sogenannten Wirkdruck, lässt sich der Durchfluss bestimmen, ohne bewegte Teile in der Leitung.

Der Rechner kombiniert die Bernoulli-Gleichung mit der Kontinuitätsgleichung. Weil durch beide Querschnitte dieselbe Menge fließen muss, hängt die Geschwindigkeit in der Engstelle vom Durchmesserverhältnis β ab. Je kleiner β, desto größer der Wirkdruck bei gleichem Durchfluss und desto genauer die Messung, aber auch desto höher der bleibende Druckverlust.

Reale Strömungen verlieren durch Reibung etwas Energie. Diesen Effekt erfasst der Durchflusskoeffizient C, der den idealen Wert leicht verringert. Bei gut gefertigten Venturirohren liegt er nahe 1. Der Rechner zeigt deshalb zusätzlich den idealen Volumenstrom, damit Sie den Einfluss des Koeffizienten direkt sehen.

v2=2⋅Δ pρ⋅(1−β4)mit β=d2d1; Q=C⋅A2⋅v2; v1=QA1; Massenstrom=ρ⋅Qv_{2} = \sqrt{\frac{2 \cdot \Delta\,p}{\rho \cdot \left(1 - \beta^{4}\right)}}\quad \text{mit}\ \beta = \frac{d_{2}}{d_{1}};\ Q = C \cdot A_{2} \cdot v_{2};\ v_{1} = \frac{Q}{A_{1}};\ \text{Massenstrom} = \rho \cdot Q

Beispiel: Wasser (998 kg/m³) in einem Rohr mit 100 mm Innendurchmesser, Engstelle 50 mm, Wirkdruck 100 mbar, C = 0,98: β = 0,5, ideale Geschwindigkeit in der Engstelle 4,62 m/s, Volumenstrom 32,03 m³/h oder 8,90 L/s, Geschwindigkeit im Rohr 1,13 m/s, in der Engstelle 4,53 m/s, Massenstrom 8,88 kg/s.

Anwendung, Grenzen und Messpraxis

Venturirohre werden in Wasserwerken, Kläranlagen, Kühlkreisläufen und Lüftungsanlagen eingesetzt. Ihr Vorteil gegenüber Messblenden ist der geringe bleibende Druckverlust, weil der Diffusor hinter der Engstelle einen großen Teil des Drucks zurückgewinnt. Genormt sind Bauform und Koeffizienten in DIN EN ISO 5167-4, die auch die nötigen geraden Ein- und Auslaufstrecken vorgibt.

Die Formel setzt ein inkompressibles Medium voraus. Für Flüssigkeiten ist das gut erfüllt. Bei Gasen gilt sie näherungsweise, solange die Druckdifferenz klein gegenüber dem Absolutdruck ist, etwa unter zwei Prozent. Bei größeren Differenzen muss eine Expansionszahl berücksichtigt werden, die hier nicht enthalten ist. Setzen Sie für Gase die Dichte beim Betriebszustand ein.

Da der Durchfluss mit der Wurzel der Druckdifferenz steigt, bedeutet ein vierfacher Wirkdruck nur einen doppelten Volumenstrom. Bei sehr kleinen Durchflüssen wird der Wirkdruck daher winzig und schwer messbar. In der Praxis legt man Venturirohre so aus, dass der Messbereich des Differenzdrucksensors gut ausgenutzt wird.

Die Ergebnisse sind Rechenwerte für die Auslegung und Plausibilitätsprüfung. Für eichpflichtige oder sicherheitsrelevante Messungen gelten die Kalibrierung und die Herstellerangaben des Messgeräts sowie die einschlägigen Normen; sie haben Vorrang vor diesem Rechner. Die Strömungsform im Rohr prüfen Sie mit dem Reynolds-Zahl-Rechner, den Druckverlust gerader Leitungen mit dem Druckverlust-Rechner.

Tipps und typische Fehler

Durchfluss messen.

  • Einlauf: Gerade Strecke.
  • Dichte: Betriebszustand.
  • Koeffizient: Laut Hersteller.
  • Sensor: Bereich nutzen.

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Häufige Fragen

Wie berechnet man den Durchfluss in einem Venturirohr?

Aus Wirkdruck, Dichte und Durchmesserverhältnis mit der Bernoulli-Gleichung, multipliziert mit dem Durchflusskoeffizienten und der Fläche der Engstelle.

Warum sinkt der Druck in der Engstelle?

Die Geschwindigkeit steigt dort, und nach Bernoulli wird ein Teil der Druckenergie in Bewegungsenergie umgewandelt.

Gilt der Rechner auch für Luft?

Ja, näherungsweise, solange die Druckdifferenz klein gegenüber dem Absolutdruck ist.

Was ist der Unterschied zwischen Venturirohr und Messblende?

Das Venturirohr hat einen deutlich geringeren bleibenden Druckverlust, ist aber länger und teurer.

Was bedeutet das Durchmesserverhältnis β?

Das Verhältnis von Engstellen- zu Rohrdurchmesser; es bestimmt, wie stark der Druck abfällt.

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