¿Irá el agua dentro de la botella de agua en movimiento?

La apertura ve agua a presión de estancamiento . El agua fluirá hasta que el aire de la botella alcance esa presión.

Estoy apreciando su pensamiento y pregunta.

Esta pregunta será aún más desafiante si el fluido de trabajo es aire en lugar de agua y el fluido se mueve. En esta respuesta, estoy considerando que la botella se mueve y el fluido se mueve en dirección opuesta a la botella. (porque el fluido estacionario es un subcaso de fluido en movimiento donde$v_1$=0)

Supongamos que la botella está vacía y se mueve de velocidad cero a velocidad constante, debido al movimiento relativo entre la botella y el fluido (aquí estoy considerando el aire porque la compresibilidad del aire es más que el agua, el fluido ingresará a la botella en la masa tasa de flujo

$\rho, A_{c}$y$v_1$son la densidad del fluido, el área de la sección transversal normal al ángulo de flujo y la velocidad relativa del fluido externo y la botella, respectivamente. Si hay una contracción entonces deberíamos usar la ecuación de continuidad

$\rho_{1} A_1 v_1=\rho_{2} A_2 v_2$

aquí$_2$es propiedades después de la sección divergente y$_1$es propiedades de vapor libre.

Esto es válido hasta que el flujo toque el otro extremo de la botella. Después de eso, esta ecuación de continuidad no es válida porque no hay caudal másico fuera de la botella. Luego, la velocidad dentro de la botella se puede calcular a partir de la ecuación de Bernoulli. tenga en cuenta que hasta que esté en una región de flujo incompresible y esa velocidad se calcula a partir de,

$v_2= \sqrt[]{\frac{2*(p_1-p_2)}{\rho_1}}+v_1$

Uno en el que el fluido golpea el extremo de la botella, se producirá un "efecto de martillo" (similar al "efecto de golpe de ariete") y un choque se moverá desde el extremo de la botella hasta la tapa de la botella aproximadamente a la velocidad del sonido en la región incompresible y más que eso en la región compresible. Este choque aumentará la presión del fluido dentro de la botella y reducirá la velocidad de entrada anterior calculada a partir de la continuidad. Este choque también hace que la velocidad del fluido detrás del choque sea cero. Consulte el siguiente enlace para tener una idea de cómo calcular las propiedades de flujo en un choque en movimiento. Este es un proceso dinámico, este choque le dará información al fluido aguas arriba de que "hay una pared para que no podamos movernos". Después de que la presión dentro de la botella alcanza la presión de estancamiento en todas partes (el flujo se convierte en un estado casi estable), la capa de fluido en la tapa de la botella actúa como una pared sólida y no permitirá que entren nuevos elementos fluidos en la botella.

¿Saldrá el líquido dentro de la botella?

• Podemos pensar que el estancamiento de la presión es mayor que la presión externa, por lo que puede salir líquido, pero la posibilidad es menor porque. La siguiente capa fuera de la tapa de fluido está estancada debido a la naturaleza sólida de la capa de fluido en la tapa (ya mencionada), por lo que la fuga es imposible a menos que tenga lugar algún proceso complejo.

• Ese choque reflejado desde el extremo de la botella será un choque normal frente a la botella y reducirá la velocidad del fluido que ingresa a la botella. Debido a ese choque reflejado, una capa fraccionada de la capa de fluido inmóvil (botella wrt) que cubre la botella donde la presión es menor o igual a la presión de estancamiento del fluido externo para que el fluido dentro de la botella no pueda salir.

• Si se forma un choque de compresión aguas arriba de la botella, eso reducirá la presión de estancamiento aguas abajo y dificultará la salida del fluido dentro de la botella.

• El fluido puede salir debido al efecto de la inercia, si la velocidad de la botella en movimiento se reduce, pero esto sucederá solo si la fuerza de la inercia es mayor que la fuerza de la presión.

• Saldrá al exterior si su presión de estancamiento es mayor que la presión de estancamiento externa, esto no es posible a menos que proporcionemos algo de energía a la botella para aumentar la presión dentro de la botella.

Método para verificar este proceso

• Simulación CFD transitoria, esta es relativamente fácil
• Modelización matemática de este proceso en forma diferencial y resolución. este es dificil
• Proceso experimental usando visualización de flujo como schlieren o shadowgraph con PIV. Es muy caro.