¿Cómo funciona el enfriamiento adiabático de los vórtices en las puntas de las alas?
Quentin Chester
Esta pregunta sobre la condensación y los vórtices en las puntas de las alas, ¿cuál es el mecanismo por el cual se forma la condensación sobre las alas? , atribuye la reducción de la temperatura que se encuentra en los vórtices de las puntas de las alas al enfriamiento adiabático.
El razonamiento para esto, citado en Wikipedia , se da como:
El enfriamiento adiabático ocurre cuando la presión en un sistema aislado adiabáticamente disminuye, lo que le permite expandirse y, por lo tanto, hacer que trabaje en su entorno. Cuando se reduce la presión aplicada sobre una parcela de aire, se permite que el aire de la parcela se expanda; a medida que aumenta el volumen, la temperatura disminuye a medida que disminuye la energía interna
Énfasis mío
Mi pregunta es: ¿por qué asumimos que una porción de aire, que según el principio de Bernoulli tiene una presión interna más baja , podría expandirse contra la presión externa que sería más alta?
Este razonamiento me sugeriría que el paquete se comprimiría (si fuera comprimible) y que su temperatura aumentaría.
Además, ¿por qué suponemos que el aire ahora es comprimible por debajo de Mach?
¿No tendría más sentido atribuir la reducción de temperatura a un proceso de enfriamiento isocórico? Esto solo requeriría que la presión interna disminuyera y no requeriría un cambio en la densidad.
Respuestas (2)
Peter Kämpf
El vórtice está girando. Esto por sí solo debería ser suficiente para explicar la expansión en su núcleo. El mecanismo es menos Bernoulli (que se aplica a flujos directos) pero fuerza centrífuga. Compárelo con la altura decreciente en el centro del vórtice de la bañera cuando el agua sale por el desagüe y comienza a girar. La altura es proporcional a la presión en el fluido. Lo mismo sucede con el aire: el cambio de presión es mayor en el núcleo porque la velocidad angular disminuye con la distancia desde el núcleo.
Y, sí, el aire es comprimible por debajo de Mach 1. Idealmente, solo es incompresible ya Mach 0. Los cambios de densidad son minúsculos a baja velocidad, pero están ahí. El proceso termodinámico es adiabático (sin flujo de calor) con cambios en la presión, el volumen y la densidad (un poquito).
Quentin Chester
Peter Kämpf
Jan Hudec
El aire que ya está dentro del vórtice no se está expandiendo . Ya está expandido y se vuelve a comprimir lentamente a medida que su energía cinética se disipa y el vórtice se ralentiza. La expansión se produce cuando el aire entra en el vórtice.
El aire que se aproxima está siendo succionado por el bolsillo de baja presión creado por el ala y se expande para llenarlo. Luego, es solo la fuerza centrífuga de la rotación que se opone al gradiente de presión y evita el colapso de esa bolsa de baja presión, pero el gradiente de presión ya no aumenta. Está disminuyendo lentamente a medida que la fricción interna frena la rotación.
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Quentin Chester