¿El aire empujará el agua o pasará a través de ella como burbujas?

Esta duda se trata de un enigma que es común a múltiples escenarios. Uno de esos escenarios es este:

aire a alta presión empujado hacia el agua

Se abre la válvula y se empuja el aire a alta presión hacia el agua en el canal con la esperanza de que expulse toda el agua por el extremo abierto del canal. Ahora, mi duda es si el aire expulsará toda el agua o simplemente pasará a través del agua en forma de burbujas.

El escenario ocurre en muchas otras situaciones. En los acuarios, la bomba empuja el aire que pasa en forma de burbujas. En los dispositivos de limpieza a presión (por ejemplo, aspiradoras), la presión del aire elimina todos los demás fluidos.

Entonces, ¿qué sucede en este caso? ¿Y cómo analizamos tales problemas? ¿En qué casos expulsa el aire el fluido y en qué casos lo atraviesa en forma de burbujas?

Este es un problema de flujo de dos fases. En el flujo de dos fases, hay varios regímenes y muchas variables, como el diámetro del tubo, la tensión superficial del líquido, la velocidad del aire, la altura de la columna de agua que está siendo empujada hacia arriba del tubo, etc.
Gracias @DavidWhite "Flujo de dos fases": ¡esa es la frase clave! Voy a mirar en esto.

Respuestas (3)

Los buzos de tesoros usan un dispositivo no muy diferente a su diseño. La sección horizontal es corta y el aire se introduce en su unión con la vertical. La mayor parte de la sección vertical está bajo el agua. Las burbujas de aire reducen la densidad en la sección vertical y es levantada por la presión del agua que fluye por la parte inferior. El flujo recoge arena (y otras cosas) del fondo y las lleva a un tamiz en la parte superior.

Este es un invento antiguo conocido llamado "bomba de transporte aéreo ", fue inventado originalmente por Carl Emanuel Löscher en 1797. En muchos idiomas se llama " bomba Mammut " .

Con esta bomba, incluso es posible dragar fondos marinos o limpiar perforaciones profundas. Incluso el flujo de aire más pequeño causará este efecto, ya que funciona principalmente con diferencias de densidad y, por lo tanto, el aire solo se necesita para reducir la densidad, mientras que el fluido fuera de la tubería proporcionará la presión y el flujo. Así que en realidad es la flotabilidad lo que eleva el agua.

Tus preguntas; ¿En qué casos expulsa el aire el fluido y en qué casos lo atraviesa en forma de burbujas?

Respuesta; Si el volumen del flujo de aire es suficiente para reemplazar todo el volumen del canal de agua, se expulsará toda el agua. Si este volumen es solo la mitad, se expulsará la mitad del agua.

Bomba de transporte aéreo

El agua es aproximadamente 800 veces más pesada que el aire, por lo que requiere una gran cantidad de empuje para realizar trabajo sobre el agua. Entonces, sí, si puede crear una velocidad muy grande (F = velocidad del área de pho ^ 2) en esa misma sección transversal, ya que la fuerza es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad, entonces el agua podría subir, pero si está forzando el aire desde una sección transversal más pequeña como una boquilla que el agua puede desplazarse hacia los lados, por lo que el aire definitivamente aplicará fuerza pero pasará a través de ella como en el caso del acuario. Eso es lo que pienso.

¿Qué sucede si comprimes el aire a una presión 800 veces superior a la atmosférica?
Como dije, el aire pasará porque el líquido no tiene resistencia a la fuerza aplicada (propiedades fundamentales de los fluidos, por lo que se desplazará hacia los lados y se elevará a cierta altura), pero si puede enviar la corriente de aire exactamente del mismo diámetro de tubería con tanto La presión seguramente desplazará el agua porque ahora el agua no tiene adónde ir. Y 800 veces comprimir aire adiabáticamente significa un gran aumento de temperatura, por lo que creo que no es práctico diseñar un compresor de este tipo.
¿Alguna vez has oído hablar de enfriar el aire después de comprimirlo? ¿O usar refrigeración intermedia entre etapas de un compresor? ¿Quién dijo algo acerca de producir aire comprimido comprimiéndolo adiabáticamente?
@LMB Gracias por su respuesta. Creo que estás en lo cierto, sin embargo, ¿podrías ser más elaborado y explicar usando ecuaciones y/o diagramas?
¿El aire empujará el agua o pasará a través de ella como burbujas?
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