К вопросу о закрученной струе
 

Недавно на форуме приводился пример того, как мудро поступила Природа или Создатель (просьба это направление не развивать), закручивая струю, что помогает избежать разбрызгивания, эстетично, гигиенично, совпадает с теорией естественного отбора (хищник и жертва его заинтересованы в отсутствии их запахов) и пр и пр.

И никто не отметил главного: струю нельзя закрутить! Вращательное движение вообще не обладает инерцией в отсутствие центростремительного ускорения. Как только исчезнут стенки форсунки/сопла закрученная струя сразу же разлетится в стороны веером или конусом, так как центробежные силы ничем не скомпенсированы. Это же не пуля в винтовке, которая продолжит вращение так как твердая и не может разлететься.

Так развенчиваются мифы :-0)

А по существу, думаю, что длина завинченной после выхода из форсунки струи зависит от состояния здоровья пациента, т.к. составляющие струю компоненты могут придавать ей вязкость, т.е. делать ее массивнее, а значит и более инертной.

Причина истечения закрученной струи из цилиндрического сопла в безграничное пространство в турбулентности и устойчивости.
Жидкость сама образует внутри себя завихрения

Турбулентность противоречит устойчивости - или одно или другое. Без внешних ограничений любой процесс нелинейного неламинарного движения приведет к разрыву и разбросу потока.

Обращение к модераторам:

Просьба потереть посты не по физике процесса

Уравнения гидродинамики довольно сложны и нелинейны. Например, если сможете доказать существование и гладкость решений уравнений Навье — Стокса из гидродинамики, то Математический Институт Клэя даст вам 1 млн. долларов. Также можно будет рассчитывать на премии от Боинга. Различают два движения жидкости - ламинарное и турбулентное. Также вводится такой параметр, как число Рейнольдса, которые как раз и определяет переход течения от стационарного к турбулентому. Обычно, в трубах, течение является ламинарным при малых скоростях. А при достаточно больших скоростях оно уже становиться турбулентным. Про турбулентные струи написано очень много. Есть параграф в книжке Ландау, который так и называется "Турбулентные струи". Если не ошибаюсь, даже есть целая книжка Абрамовича, которая посвящена турбулентным струям. Так как гидродинамика довольно сложна, то вообще не хочется лезть в её дебри. Одно то, что она нелинейна уже говорит о том, что можно ожидать чего угодно от неё. Но то что струи закручиваются - это уже точно. Во первых сам наблюдал скрученность. Во-вторых, можно сделать поиск по интернету и найти кучу фотографий водяных струй. Там они как раз закручиваются. В-третьих можно привести простой пример, почему течение все таки не ламинарное, а турбулентное. Дело в том, что почти в любой жидкости присутствует вязкость. Это приводит к тому, что при стационарном течении скорость воды меняет по мере удаления от оси трубы. На оси оно будет наибольшим, а возле стен наименьшим (точнее скорость она должна быть нулевой на стенке трубы). Хотя, конечно, вдоль трубы скорости должны сохраняться - на то оно и стационарное течение. Так вот, если бы течение воды в шланге было действительно стационарным, а не турбулентным, то из конца шланги вода бы выходила бы с различной скоростью и падала бы на различном расстоянии от конца шланга. Если быть точнее и направить шлангу под углом 45 градусов, то из-за того что у нас вода из шланга выходят с различными скоростями (от 0 до v0), то брызги должны падать на всей длине от от 0 до (v0)^2/g. На практике же такого не происходит и вода падает не по все длине, а только в узкую область. Отсюда следует, что течении воды никак не может быть там ламинарным.

Оффтоп:

Я проходил в институте гидравлику два семестра, были лекции и лабораторные (на стройфаке на Асакинской) и прекрасно знаю что такое число Рейнольдса, надеюсь, ликбез был не для меня :-0)

Турбулентность — это вихревое движение. С закрученностью никак не связано. Я не верю в закрученную струю, такого не может быть, она должна разлететься веером.


Скорость падает не линейно от середины к шлангу, так как трение мало, то вся струя движется равномерно и полетит далеко собранно, а малый тонкий слой будет мочить край шланга, веера с разными скоростями не получится, с турбулентностью это не связано.

Оффтоп:

нет, конечно, не про вас. Извините, если это так выглядело. Просто ещё подвернулась возможность затронуть тему задач тысячелетия - вот и не удержался и выбрал такую манеру изложения.

Как я понял, в общем случае турбулентным назвыют почти все что, что является неламинарным. На счет веерно я не совсем понял. Веерно - это в виде веера в разные стороны должны лететь брызги или струя должна падать в узкую область, а поперечное сечение должно напоминать веер?

В виде веера лететь во все стороны — если попытаться закрутить струю на выходе. И независимо от ламинарности/турбулентности.

А если вовнутрь стенки форсунки/сопла (см. фото выше) вставить что-нибудь типа архимедова винта, чтобы придать вращение изнутри? Будет ли разброс потока? Учесть поверхностное натяжение жидкости, а наблюдение проводить на исходе процесса, т.е. кагда напор отсутствует?

Не забывайте, что в оригинальной постановке задачи после вылета из мпх струя должна не просто вертеться, а иметь форму резьбы. Это не совсем то же самое, что веер или просто вращающийся столб