¿Qué hace que la cascada laminar se rompa?

Cerca de mi casa hay un centro comercial que tiene una cascada, que tiene un caudal prácticamente constante, y no parece tener perturbaciones (al menos cerca del borde donde cae el agua), entre sus dos niveles.

Lo que me molesta es que ese flujo laminar que parece imperturbable, se rompe por la mitad después de caer desde una altura de aproximadamente 1,1 m (cae otros 0,5 m, antes de ser recogido por una piscina y, creo, rebombeado). No sé exactamente cómo explicar ese comportamiento, pero creo que debe tener que ver con las ondas que se propagan en ese filamento de agua y que hacen que se rompa después de caer desde una altura. h . Parte de ese flujo se dirige hacia adelante y otra parte se dirige hacia atrás (vea la vista frontal del boceto a continuación). De esta vista puedo concluir también que hay una perfecta simetría izquierda-derecha (en relación con la línea roja vertical).

Actualización1:

Incluí también lo que espero de los vectores de velocidad debido a la viscosidad (con flechas moradas en el boceto), similar a lo que podemos ver en Velocidades de flujo debido a la viscosidad del texto de flujo laminar . Desafortunadamente no tengo una foto real, o un video, del local.

¿Qué está causando este efecto? Como puede ser explicado?

Vistas en cascada - Croquis

@Tu PD: ¡Creo que tus dibujos son fantásticos!
Aunque me gustaría ver una foto :)
@Michiel: No esperaba un cumplido, ty... Hice un gran esfuerzo usando mis habilidades de pintura :). Espero haberme dejado claro...
@Bernhard: Estoy tratando de proporcionar una imagen, luego actualizaré la publicación.

Respuestas (2)

Como indicas en tu dibujo, la velocidad del agua no es homogénea en la dirección transversal: debido a las condiciones de entrada y también a la fricción con el aire, que variará a medida que se crea una circulación de aire alrededor de la caída. Por lo tanto, hay gradientes de velocidad en el sistema.

Debido a que el agua está en caída libre, se acelera. A cierta altura, se alcanza un umbral por encima del cual el flujo se vuelve turbulento: los perfiles de corte se desestabilizan. Por supuesto, es en la dirección normal a la lámina líquida que se muestra más. Y debido a la conservación de la cantidad de movimiento, tendrá aproximadamente la misma masa de agua yendo al frente y al reverso de la lámina.

Pero, ¿por qué serían dos flujos, y no solo muchos de ellos?
En primer lugar, estoy bastante convencido de que podrían ser muchos, pero el caudal se ajustó para que algo se viera bien. Segundo, imagina que tienes algo ondulado en el X , y avión: decir X es la dirección del tramo, y = pecado ⁡ ( k X ) . Entonces el "estiramiento" es mayor cuando y está cerca de la desviación cero, y más bajo cuando y es mayor (positivo o negativo), y el flujo es aún menos estable con este tramo. Esto probablemente contribuye al hecho de que la parte "estirada" se atomiza, parte de ella va en gotas erráticas y parte se une a las corrientes principales.
@Joce: Gracias por la respuesta... Realmente creo que algunas faltas de homogeneidad en el sistema pueden conducir a ese perfil turbulento, pero aún no tengo claro cómo se impulsan y si esos gradientes en la velocidad también contribuirían. Creo que lo que realmente busco es saber si podemos predecir ese comportamiento y determinar la altura en la que se producirá esta desestabilización.
@Claudia: Puede leer sobre la transición en el artículo de wikipedia en.wikipedia.org/wiki/Laminar-turbulent_transition . No hay un resultado general que pueda abstraerse de la geometría precisa y las condiciones de flujo de entrada, y aquí soy de la opinión de que la interacción con el flujo de aire también juega un papel. Lo mencioné y los gradientes de velocidad presentes en la entrada porque es muy probable que sean el origen del flujo de corte que se desestabilizará una vez que el número de Reynolds sea lo suficientemente grande.

Creo que el agua en los lados de la cascada es más densa que en el medio porque las fuentes de agua están más cerca de allí. Los lados comienzan a expandirse. La expansión de los lados succiona agua del medio (la densidad del medio permite que la expansión de los lados tenga un efecto más rápido hacia el exterior) y las partes en cascada.

gracias por la respuesta. No creo que haya ningún cambio en la densidad... Solo esperaría mayor velocidad del agua en el medio, y en la parte superior del filete de agua (la parte frontal al caer), debido a la viscosidad. Ver por ejemplo, flujo con viscosidad del siguiente texto: Flujo laminar .
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