Corriente de Couette-Taylor
| Corriente de Couette-Taylor | |
|---|---|
Flujo de Couette-Taylor a Re = 950 | |
| Lleva el nombre de | Maurice Kuette y Jeffrey Ingram Taylor |
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Flujo de Couette-Taylor : en hidrodinámica, el flujo de un fluido viscoso que ocurre bajo la acción de fuerzas de fricción viscosas entre dos cilindros coaxiales que giran a diferentes velocidades .
Un cambio en el patrón de flujo con un aumento en la velocidad de rotación de los cilindros es uno de los escenarios más comunes para la transición al caos ( turbulencia ) en flujos simples de líquidos y gases.
Patrón de flujo
A bajas velocidades angulares de rotación de los cilindros (a números de Reynolds apropiados ), el flujo es estable y puramente circular con una velocidad
( es una coordenada cilíndrica, las constantes se determinan a partir de las condiciones de contorno). Si los cilindros giran en la misma dirección, entonces dicho flujo es estable bajo la condición (obtenida por Taylor en 1923)
donde es el radio del cilindro exterior. santoobtuvo (1938) este criterio de estabilidad sin las restricciones utilizadas por Taylor sobre las dimensiones relativas de los cilindros.
La pérdida de estabilidad por parte del flujo (si no se cumple el criterio de estabilidad) se manifiesta en el hecho de que se forman en el flujo los llamados vórtices de Taylor. Llenan todo el espacio entre los cilindros, las direcciones de rotación se alternan. Si los cilindros giran en diferentes direcciones, se forman dos filas de vórtices, la fila cerca de la superficie del cilindro interior tiene una mayor intensidad.
Un aumento adicional en la velocidad de rotación conduce a la aparición de un patrón de flujo muy complejo: un flujo turbulento.
Varios regímenes del flujo de Couette-Taylor recibieron sus propios nombres: vórtices de Taylor giratorios, corrientes límite de onda, etc. [1]
El flujo de fluido en el espacio anular por dos cilindros giratorios bajo la acción de un gradiente de presión se denomina flujo de Taylor-Dean.
Historia
La corriente obtuvo su nombre (circular Couette flow) después de que Maurice Couette utilizara un dispositivo de este tipo diseñado por él para medir experimentalmente la viscosidad de un líquido.
Sir Geoffrey Ingram Taylor investigó la estabilidad del flujo de Couette en 1923, este trabajo se convirtió en uno de los más importantes en el desarrollo de la teoría de la estabilidad hidrodinámica. [2] Taylor demostró que a medida que la velocidad angular de rotación del cilindro interior aumenta por encima de un cierto umbral, el flujo puramente circular se vuelve inestable y surge un nuevo estado estable con vórtices toroidales axisimétricos, conocidos como vórtices de Taylor. Con un aumento adicional en la velocidad angular de rotación del cilindro, el flujo pasa a estados de mayor complejidad espacio-temporal (flujo de vórtice perturbado). Si dos cilindros giran en direcciones opuestas, se produce un flujo de vórtice helicoidal.
Notas
- ↑ Andereck, CD; Liu, SS; Swinney, HL Regímenes de flujo en un sistema Couette circular con cilindros que giran independientemente // Journal of Fluid Mechanics : journal. - 1986. - vol. 164 . - pág. 155-183 . -doi : 10.1017/ S0022112086002513 . - .
- ↑ Taylor, GI Estabilidad de un líquido viscoso contenido entre dos cilindros giratorios // Phil . Trans. Real Sociedad : diario. - 1923. - Vol. A223 , n. 605-615 . - pág. 289-343 . doi : 10.1098 / rsta.1923.0008 . - .
Literatura
- Slezkin N. A. Dinámica de un fluido viscoso incompresible. — M.: GITTL. - 1955. - 519 págs.