Почему, наливая чай в тарелку, образуются направленные струи?

Я заметил, что переливание чая из чашки в тарелку приводит к горизонтальной струе жидкости.

введите описание изображения здесь

( Вы можете нажать на изображение, чтобы посмотреть видео )

Струи были линейными и простирались в обе стороны от точки контакта с жидкостью. Скорость течения в этих струях была выше скорости радиального течения*. Я мог бы лучше воспроизвести эффект, используя воду.

  • Почему образуются эти струи? Почему жидкость не течет просто радиально?

Я знаю, что свободно падающие жидкости имеют колебания формы, что вызывает периодическое удлинение ее поперечного сечения .

введите описание изображения здесь

( Вы можете нажать на изображение, чтобы посмотреть видео )

Я заметил, что эти струи (красные линии) всегда были ортогональны этому направлению удлинения (зеленые линии) в точке их контакта. Естественно, я ожидал бы, что это направление будет параллельным направлению удлинения. Следующее видео хорошо это иллюстрирует.

введите описание изображения здесь

( Вы можете нажать на изображение, чтобы посмотреть видео )

  • Почему струя течет ортогонально плоскости удлинения?

* Для идеально цилиндрического потока полость круглая.

введите описание изображения здесь

Поскольку вытянутый цилиндр подобен двум близко расположенным цилиндрам, не должны ли полости быть комбинацией двух окружностей, т. е. вытянутой окружностью? На деле получается вытянутый круг, но вытянутость не в ту сторону.

введите описание изображения здесь

Это свидетельствует о том, что скорость струи выше скорости радиального потока.

Я заметил, что струя, попадающая в горизонтальную плоскость, не имеет идеально круглой (цилиндрической) формы. И при этом она не попадает в эту плоскость под совершенно прямым углом.
Поскольку вытянутый цилиндр подобен двум близко расположенным цилиндрам, не должны ли полости быть комбинацией двух окружностей, т. е. вытянутой окружностью? На деле получается вытянутый круг, но вытянутость не в ту сторону. Уточните, пожалуйста, какое удлинение и в какую сторону в плоскости пластины? Какая полость? Какое неправильное направление?
@lineage Под полостью я подразумеваю область вблизи точки контакта жидкости и пластины, которая имеет относительно тонкий слой жидкости. Это хорошо видно на предпоследнем изображении.
под удлинением вы подразумеваете деформацию идеально круглого поперечного сечения ливня, более похожего на эллипсоид или овал Кассини?
@lineage На последнем изображении, когда жидкость касается пластины, видно, что поток не идеально цилиндрический. Он растянут в каком-то направлении. Я ожидал, что полость будет простираться в том же направлении. Но было видно, что «полость» вытянута перпендикулярно ему.
под неправильным направлением вы подразумеваете относительную ортогональность аналогичного удлинения полости поперечному сечению ливня?
@lineage Да, точно.
@KrishnanandJ, по вашему мнению, полость все еще деформируется ортогонально, если игнорировать влияние струй?

Ответы (3)

Я думаю, что удлинение вызвано тем, что часть жидкости (вверху) свободно вытекает из чашки, тогда как другая часть подвергается вязкому сопротивлению из чашки при выливании и, таким образом, имеет более низкую горизонтальную скорость при выходе из чашки.

Когда жидкость попадает на пластину, жидкость имеет тенденцию течь под прямым углом от поверхности нисходящего потока — идеально цилиндрический нисходящий поток создает радиальный поток наружу от точки, в которой он попадает на пластину. Каждый из двух таких цилиндрических потоков рядом друг с другом будет препятствовать радиальному течению в направлении друг друга. Это перенаправит жидкость от обоих так, чтобы она шла перпендикулярно линии между потоками.

Не могли бы вы объяснить, почему скорость струи выше скорости окружающего потока? Этим имо объясняется искажение гидрологического скачка.

Это легко. Обратите внимание, что струи образуются между двумя большими вертикальными «трубопроводами», питающими место пересечения с пластиной. Обе колонны трубопровода создают высокое давление торможения в месте контакта с пластиной, и это давление ускоряет поток вдоль пластины в виде ламинарной пленки наружу от основания трубопровода. Поверхностное натяжение делает область ламинарного потока тонкой в ​​вертикальном направлении. Однако ламинарный поток обеих колонн пересекается, вызывая дальнейшее, но небольшое увеличение (динамического) давления, толкая ламинарный поток в этом пересечении как немного вверх, так и наружу в геометрии, похожей на струю. Струйное течение ограничено самим собой, потому что по мере его движения линия пересечения двух ламинарных растекающихся потоков продолжает питать его. В конечном итоге турбулентность преобладает, и более упорядоченный поток разрушается.

Для идеально симметричного потока у вас есть горизонт белой дыры.

Я цитирую книгу Ульфа Леонхардта Essential Quantum Optics, стр. 210: «Внутри определенного кольца поверхность воды очень гладкая, но снаружи появляются волны. Там, где струя из крана попадает на металл, вода течет быстрее, чем скорость волны. Затем вода течет наружу и становится медленнее.Волны не могут войти в область, где вода превышает их скорость, но они формируются на критическом радиусе, где вода достигает скорости волны (...) С точки зрения астрофизики, это напоминает белую дыру, объект, в который ничто не может проникнуть».

Вы также можете прочитать https://arxiv.org/abs/1010.1701 .

Другие режимы показаны на http://math.mit.edu/~bush/?p=843 .

Я предполагаю, что асимметрия струи из крана нарушает этот баланс, и волны (струи) появляются сбоку от воды из крана, которая течет со скоростью волны (или очень близкой) при ударе о металл.

аналогия с белой дырой... объясняет ли это формирование струи или ортогональность и деформацию кругового гидравлического прыжка?
Почему, наливая чай в тарелку, образуются направленные струи?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v