Die Bewegung der Bälle aufgrund des Flüssigkeitsflusses gut vorhersagen

Dies ist ein sehr interessantes Problem. Das erste, was passieren wird, ist wahrscheinlich, dass der Ball nach rechts rollt, so dass er sowohl den „Boden“ als auch die rechte Wand berührt. Was dazu führt, dass der Ball sich zu heben beginnt, ist vermutlich eine Kombination aus zwei Dingen:

1. Der Ball kann sich drehen und versuchen, sich aufgrund von Reibung an der rechten Wand abzuheben.
2. Der Auftrieb kann durch den Venturi-Effekt erzeugt werden , da die Flüssigkeit an der Kugel vorbeiströmt.

Wie in Fall 1 hängt die stationäre Winkelgeschwindigkeit der Kugel wahrscheinlich von einem Gleichgewicht zwischen der Reibung an den Wänden und der viskosen Scherspannung ab, die aufgrund der Fluidströmung auf die Kugel wirkt. Ich würde also denken, dass der Reibungskoeffizient zwischen Kugel und Wand wichtig wäre, ebenso wie die Viskosität der Flüssigkeit und das Geschwindigkeitsprofil, da der Geschwindigkeitsgradient an der Kontaktfläche Flüssigkeit/Kugel die Menge der Flüssigkeitsreibung bestimmt. Möglicherweise können Sie das Geschwindigkeitsprofil irgendwie modellieren, indem Sie eine modifizierte Version des Poiseuille-Flusses verwendendurch ein Rohr, obwohl Sie wahrscheinlich einige ziemlich große Vereinfachungen vornehmen müssten. In Bezug auf die Reibung mit den Wänden sollten wir auch berücksichtigen, dass die Bewegung in einer Flüssigkeit stattfindet, sodass Sie möglicherweise eine Art Schmierfaktor berücksichtigen müssen, sodass die Modellierung der Reibung dort nicht zu einfach ist.

Fall 2 ist möglicherweise einfacher zu modellieren/analysieren, da er nicht von viskosen Effekten abhängt. Der Druck oben auf der Kugel ist aufgrund des Bernoulli-Prinzips geringer als unten (unten ist der statische Druck gleich dem Staudruck, während er oben aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit verringert ist). Wenn dies Wasser ist, sollte dies ziemlich einfach zu modellieren sein, indem man Bernoulli und die Massenerhaltung verwendet. Auf diese Weise sollten Sie den Auftrieb am Ball mit der Strömungsgeschwindigkeit verknüpfen können - irgendwann beginnt der Ball zu heben. Ich bin mir nicht ganz sicher, was passieren wird, wenn der Ball zu heben beginnt. Der Strömungsquerschnitt nimmt ab, daher sollte der Auftrieb bei gleicher Einlassgeschwindigkeit zunehmen, obwohl Sie auch einen erhöhten Widerstand gegen die Strömung erhalten und sich daher die Gesamtströmung verringern kann. ich nicht Sie wissen nicht, ob der Ball am Ende in einem gewissen Gleichgewicht sitzt oder ob Sie eine Art unstetiges Verhalten bekommen, bei dem der Ball zyklisch steigt und dann fällt. Das ist eine interessante Frage, über die ich noch einmal nachdenken werde ...

Also würde ich wahrscheinlich mit dem Venturi-Effekt (Fall 2) beginnen, da ich denke, dass es einfacher zu analysieren ist, und Sie wahrscheinlich argumentieren könnten, dass das Drehen ohnehin keinen allzu großen Einfluss auf den Auftrieb hat, da der Ball / Die Wandschnittstelle ist geschmiert, daher ist der Reibungskoeffizient wahrscheinlich niedrig.