Frei fallendes Wasser aus dem Wasserhahn wird laminar zu turbulent

Warum wird Wasser, das aus einem Wasserhahn fließt (frei fällt), nach einiger Entfernung turbulent?

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Radius am Zapfhahn = 0,4 cm Abstand vom Zapfhahn, wo Turbulenzen beginnen = ca. 15 cm Radius, wo Turbulenzen beginnen, ca. 0,1 cm Bei diesem Durchfluss füllt der Zapfhahn 10 ml in ca. 5 Sekunden.

Ich habe versucht, die Reynolds-Zahl zu verwenden ... aber sie liegt nicht in der turbulenten Region.

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Antworten (2)

Flüssigkeitsstrahlen, die laminar sind und einen kleinen Durchmesser haben, werden beim Fallen zu dünneren Strahlen gestreckt, weil sich das Kopfende des Strahls schneller bewegt als der Schwanz, der noch an der Wasserquelle haftet.

Wenn der Durchmesser des Strahls klein genug wird, setzt eine sogenannte Rayleigh-Instabilität ein, bei der der Strahl spontan in einzelne Tröpfchen zerfällt. Es genügt eine sehr kleine Störung des Strahls, um dieses Aufbrechen auszulösen, was dazu führt, dass der Strahl in einen fallenden Strom von Tröpfchen mit einer bestimmten Größe und einem bestimmten Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Tröpfchen zerfällt.

Die Strömung wird dabei zu keinem Zeitpunkt turbulent.

Die Strömung wird nicht turbulent. Es ist das Zusammenspiel von Schwerkraft und Oberflächenspannung, das den Zerfall in Tröpfchen bewirkt.

Aufgrund der Schwerkraft beschleunigt sich die Flüssigkeit. Aus der Massenerhaltung wissen wir, dass die Querschnittsfläche kleiner wird. Das sieht man auch auf dem Bild.

Die Oberflächenspannung hält das Wasser zunächst als einen Strom. Weiter stromabwärts wird die Oberflächenspannungskraft in horizontaler Richtung jedoch aufgrund der kleineren Krümmung stark. Die Oberflächenspannung in vertikaler Richtung ist viel schwächer, und daher bricht die Strömung in Tröpfchen auf.

Können Sie bitte den letzten Absatz erklären, die Sache mit der horizontalen Oberflächenspannung und welche Krümmung gemeint ist?
Das sieht man auch auf dem Bild. Meine Güte, deine Augen müssen so viel besser sein als meine. Aber das OP fragt nicht nach der Trennung. Er fragt, ob die Strömung turbulent wird.
@NavoneelKarmakar Vielleicht ist dieser Link nützlich: en.wikipedia.org/wiki/Fluid_thread_breakup Die Oberflächenspannung in horizontaler Richtung hält also den Strom zusammen
@Gert Die Strömung wird nicht turbulent. Außerdem konzentriert sich das Bild deutlich auf die Tröpfchen.
@Bernhard Ja, ich denke, die Strömung bricht eher auf, als dass sie turbulent wird. Ich war mir dieses Konzepts nicht bewusst und dachte, es sei auf Turbulenzen zurückzuführen.
@Gert Auf dem Bild ist es in der Nähe des Ausgangs fast doppelt so breit wie wenn es aufbricht. Das können Sie bei jedem Wasserhahn beobachten.
Frei fallendes Wasser aus dem Wasserhahn wird laminar zu turbulent
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