Как «наливные горлышки» предотвращают утечку жидкости через воздухозаборник?

Носик, из которого вы хотите, чтобы жидкость вытекала, имеет гораздо больший диаметр, поэтому вязкость оказывает меньшее влияние (скорость потока зависит от чего-то вроде$\rm (diameter)^4$для ламинарного потока) на поток через более широкую трубку, а перепад давления в трубке большего диаметра больше, потому что конец в жидкости ниже, чем конец более тонкой трубки, в то время как другие концы находятся под атмосферным давлением.

Ваш вопрос о максимальном диаметре, возможно, лежит в основе расследования?

Хотя поверхностное натяжение и плотность могут иметь какое-то отношение к конструкции таких носиков, я считаю, что ключевым элементом дизайна является расстояние между отверстиями трубки внутри бутылки.

Когда бутылка первоначально перевернута, давление воздуха вверху (Ptop) равно атмосферному давлению. Таким образом, давление в воздушной трубе равно P1 = Ptop + ρgh1 = Patm + ρgh1, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, а h1 — высота жидкости в этой точке. Точно так же давление в сливном желобе равно P2 = Ptop + ρgh2 = Patm + ρgh2. Поскольку оба эти давления больше атмосферного, сначала из каждого отверстия будет выходить некоторое количество жидкости. Я подозреваю, что либо жидкость не выходит из воздушной трубки, либо ее просто не замечают из-за быстроты переворачивания бутылки и вытекания жидкости.

Далее жидкость продолжает выходить из обоих отверстий до тех пор, пока в воздухе над жидкостью не создастся частичный вакуум, такой что Ptop = Patm - ρgh1. В этот момент P1 равен атмосфере, и ни воздух, ни жидкость не проходят через воздушную трубку. Обратите внимание, что если вы не остановите вытекание жидкости из носика для разлива, это состояние наступит только на мгновение.

Теперь P2 = P1 + ρg(h2-h1) = Patm + ρg(h2-h1). Поскольку разливочный патрубок находится под более высоким давлением, чем атмосферное, жидкость выходит через это отверстие. Воздух поступает в отверстие для воздуха, так как падающий уровень жидкости снижает давление в точке P1. Это состояние сохраняется до тех пор, пока уровень жидкости не станет ниже уровня воздушной трубки. Обратите внимание, что постоянное давление в разливочном патрубке приводит к постоянной скорости жидкости. См. уравнение Бернулли .

Этот процесс похож на бутылку Мариотта. Из Википедии у Мариотта бутылка — это «устройство, обеспечивающее постоянную скорость потока из закрытых бутылок или резервуаров». Эти конспекты лекций также предлагают хорошее объяснение. Я перефразировал часть содержания этого объяснения.

Хотя объяснение @Farcher правдоподобно, я думаю, что воздух поступает из верхнего отверстия, а жидкость течет через нижнее отверстие, потому что эта конфигурация потока стабильно стратифицирована (более плотная жидкость находится внизу).