¿Existe una contradicción entre la ecuación de continuidad y la Ley de Poiseuilles?

La ecuación de continuidad establece que la tasa de flujo debe conservarse en diferentes áreas de una tubería:

q = v 1 A 1 = v 2 A 2 = v π r 2

Podemos ver en esta ecuación que la velocidad y el radio de la tubería son inversamente proporcionales . Si el radio se duplica, la velocidad del flujo se reduce a la cuarta parte.

Otra forma en que me enseñaron a describir el caudal es a través de la Ley de Poiseuilles:

q = π r 4 Δ PAG 8 η L

Entonces, si tuviera que conectar la definición de caudal de las ecuaciones de continuidad en la Ley de Poiseuilles:

v A = v π r 2 = π r 4 Δ PAG 8 η L

Por lo tanto:

v = r 2 Δ PAG 8 η L

Ahora, en este caso, la velocidad es proporcional al radio de la tubería . Si el radio se duplica, la velocidad se cuadruplica.

¿Qué estoy malinterpretando aquí? Preferiría una explicación conceptual porque siento que estas ecuaciones probablemente se usan con diferentes suposiciones/en diferentes contextos.

La primera ecuación es para flujo no viscoso, mientras que la ley de Poiseuilles es para flujo viscoso de agua en una tubería cilíndrica.
Estás malinterpretando Hagen-Poiseuille. HP tiene en cuenta la presión, pero tú no pareces hacerlo.

Respuestas (2)

cuando escribes q = v A , está implícito que el perfil de velocidad es uniforme sobre la sección transversal A (y puramente perpendicular a ella).

En general,

q = v d A

Esto ya no implica que v 1 R 2 .

si asumimos v tiene una dependencia puramente radial y está alineado con d A como en el flujo de Poiseuille, entonces tenemos:

q = 2 π 0 R v ( r ) r d r

Para una tasa de rendimiento volumétrico fijo Q, Δ PAG disminuye a medida que r 4 , por lo que v disminuye a medida que r 2 , exactamente lo que esperaría de la ecuación de continuidad.