¿Cuál es el término para los movimientos fluctuantes de la manguera durante el flujo?

Aquí está mi hipótesis. Considere una manguera que tiene la forma del diagrama a continuación, con dos secciones rectas unidas por una sección de curvatura constante:

Las flechas negras gruesas indican la velocidad del flujo. El flujo en la segunda sección recta se ha desviado, por lo que debe haber actuado una fuerza sobre él. La dinámica de fluidos de la situación puede ser complicada dependiendo de qué tan turbulento sea el flujo, pero esta fuerza debe provenir en última instancia de las paredes de la manguera, ya que son las que restringen el flujo del fluido en esta dirección particular.

Según la tercera ley de Newton, debe haber habido una fuerza igual y opuesta en las paredes de la manguera durante la sección curva, como lo indican las flechas rojas delgadas. Esta fuerza no tiene que ver con la fuerza de Coriolis, es solo la fuerza de reacción que debe existir para que el flujo se desvíe. Esta fuerza debe hacer que las paredes de la manguera y el líquido dentro de ellas se muevan. Tenga en cuenta que hay una fuerza más o menos constante en la sección curva de la manguera, pero ninguna fuerza en las secciones rectas, por lo que la parte curva se tira hacia la izquierda, pero las partes rectas no se tiran en todo. Después de un tiempo, debe verse algo como esto:

La parte curva original se ha movido hacia afuera (y todavía se está moviendo), pero esto ha creado dos nuevas secciones curvas, que ahora están experimentando fuerzas de reacción en la dirección opuesta. Estos también comenzarán a moverse, tirando aún más de las partes rectas en configuraciones curvas. La manguera comenzará a retorcerse caóticamente con una dinámica bastante similar a los meandros de un río, aunque los detalles de su causa son bastante diferentes.

Si esto sucede o no, debe depender de la velocidad del flujo (porque un flujo más rápido requiere una fuerza de reacción mayor para desviarlo) y del grado en que la manguera resiste estos cambios inducidos en su curvatura. Esto último probablemente sea bastante complicado, dependiendo de la rigidez y elasticidad de las paredes de la manguera, cuánta fricción haya, y probablemente también de la viscosidad y densidad del fluido en el interior, y de si el flujo es turbulento. Si el flujo es rápido, la manguera es muy flexible y no hay mucha fricción, esperaría que se mueva mucho.

Para responder a la pregunta del título, no creo que haya un término aceptado para este fenómeno, por extraño que parezca. Por ejemplo, este artículo académico se refiere a él como "El comportamiento de inestabilidad fluidoelástica de los tubos flexibles sujetos a flujos monofásicos internos", pero creo que probablemente podría salirse con la suya llamándolo "la inestabilidad del tubo flexible".

Se llama inestabilidad de la manguera contra incendios , inestabilidad de la manguera de jardín o simplemente inestabilidad de la manguera .

Voy a ir con el pandeo jugando un papel importante. Una manguera es una columna larga y delgada, y el chorro de agua produce una fuerza de compresión sobre ella. Entonces, para un chorro lo suficientemente fuerte, la forma de la manguera recta se volverá inestable y habrá una flexión lateral.

Pero cuando la flexión mueve el extremo de la manguera hacia un lado, el ángulo del chorro también gira hacia ese lado, lo que significa que hay una fuerza y ​​un momento de restauración que enviarán la manguera a doblarse hacia el otro lado, solo que con mucha más fuerza. , ya que ahora hay una fuerza lateral debida al chorro.

Haga espuma, enjuague, repita y eventualmente tendrá su manguera fuera de control.

He visto las imágenes de video de una manguera contra incendios que está fuera de control. Me llamó la atención que es un efecto desbocado; una vez que comienza, se sale de control en una fracción de segundo.

Supongo que la elasticidad de la pared de la manguera juega un papel. Una vez que la manguera se retuerce, se produce turbulencia en el flujo, y supongo que la turbulencia reduce la presión del agua a lo largo de algunas secciones de la pared, lo que permite que la fuerza elástica cambie la flexión de la manguera. Cuanto más se retuerce la manguera, más turbulencia se induce.

Creo que la turbulencia que se refuerza a sí misma y la fuerza elástica de la pared de la manguera son los factores principales.

Cuando la boquilla barre de un lado a otro, también habrá algo de efecto Coriolis a lo largo de la boquilla. En todo caso, esperaría que el efecto Coriolis amortigüe el retorcimiento, pero como sabemos, cualquier efecto de amortiguación está claramente inundado.

La imagen muestra una boquilla de manguera. El agua en la boquilla fluye de izquierda a derecha. δ es la fuerza que la boquilla le da al agua. La fuerza opuesta a δ es la fuerza que el agua le da a la boquilla. Esta fuerza es la misma que la dirección del flujo de agua.

Como se muestra en la figura, dado que el diámetro de salida de la boquilla de la manguera es pequeño y el diámetro de entrada es grande, el agua en la boquilla de la manguera tiene una aceleración. Suponiendo que la fuerza F hace que el agua en la boquilla de la manguera se acelere, entonces -F es el retroceso de la manguera. El movimiento constante del extremo de la manguera de jardín es causado por -F.

cavitando

Definida de manera simple, la cavitación es la formación de burbujas o cavidades en un líquido, desarrolladas en áreas de presión relativamente baja alrededor de un impulsor. La implosión o el colapso de estas burbujas desencadenan intensas ondas de choque dentro de la bomba, lo que provoca daños significativos en el impulsor y/o la carcasa de la bomba.