Tengo un tubo de plástico transparente de 5 km de diámetro que está abierto en cada extremo y va desde el centro de la Antártida hasta el lago Eyre en Australia. El tubo está en el suelo donde puede estar y al nivel del mar en el océano.
¿Habrá un flujo masivo de aire en el tubo? Si es así, ¿en qué dirección fluirá el aire?
Suponiendo que el tubo esté aislado en toda su longitud (que creo que es la intención de la pregunta, aunque no se indica), creo que un flujo en cualquier dirección es estable y sostenido, pero no hay una razón particular por la que se formará en cualquier dirección si las condiciones iniciales son que el aire en el tubo está quieto. Entonces dependerá de la temperatura media del aire en el tubo.
No es necesario idear un escenario tan imposible. Básicamente, esto es preguntar qué sucede cuando se conecta un tubo aislado entre aire caliente bajo y aire frío alto. Esto es lo mismo que una chimenea en invierno. Todos sabemos por experiencia que una vez que el aire comienza a subir por la chimenea, continuará.
Sin embargo, la dirección inversa también funciona, por lo que las chimeneas tienen aletas o amortiguadores de humos. Imagine que el aire en la chimenea está quieto pero lleno de aire frío. Cuando lo sueltes, fluirá hacia la casa climatizada. Este flujo es estable porque la chimenea sigue llenándose de aire frío.
La circulación natural en los tubos es impulsada por el gradiente de presión entre las partes más cálidas y más frías del fluido. El gradiente de presión resulta del gradiente de densidad, que se induce térmicamente calentando/enfriando el tubo en diferentes puntos. Sin embargo, las dimensiones del tubo que ha establecido lo convierten en un problema muy complejo, probablemente imposible de resolver. Normalmente, los modelos deben validarse con instalaciones experimentales, ya que es difícil predecir con precisión lo que sucederá. Con una tubería tan larga y condiciones complejas de intercambio de calor, supongo que el aire fluirá en todas las direcciones posibles en diferentes partes del tubo, con un flujo neto promedio igual a 0.
Creo que el aire en el tubo generalmente fluirá de Australia a la Antártida: lo que tenemos es en realidad una "pila de humo": el aire es caliente en Australia, frío en la Antártida, y la altitud en el centro de la Antártida es un par de kilómetros por encima de la altitud del lago Eyre (que está por debajo del nivel del mar).
cualquier flujo es impulsado por un gradiente de presión, que debe superar la fricción del flujo a través del tubo. Es un camino muy largo, por lo tanto, una gran caída de presión en relación con el gradiente de presión inicial. No hay flujo de
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