Turbulenter und gleichmäßiger Wasserfluss aus einem Wasserhahn

Es ist keineswegs sicher, dass die Strömung beim Öffnen des Wasserhahns automatisch turbulent ist (obwohl es nach Ihrem oberen Bild so aussieht). Öffnen Sie den Wasserhahn nur ein wenig, damit ein kontinuierlicher Wasserstrahl austreten kann, und Sie werden sehen, dass die Strömung nicht turbulent, sondern so genannt laminar ist.

Ob die Strömung durch ein Rohr (und damit auch beim Verlassen dieses Rohrs) turbulent ist oder nicht, hängt von der dimensionslosen Reynolds-Zahl ab:

$Re=\large{\frac{vD}{\nu}}$.

Wo$v$ist die Strömungsgeschwindigkeit,$D$der Durchmesser des Rohres und$\nu$die kinematische Viskosität des Fluids.

Bei niedrigen$Re$Zahlen (ungefähr kleiner als$\text{2000}$), dominieren viskose Widerstandskräfte und die Strömung ist laminar (nicht turbulent).

Im Höhepunkt$Re$Zahlen (etwa höher als$\text{2400}$), dominieren Trägheitskräfte, die dazu neigen, chaotische Wirbel, Wirbel und andere Strömungsinstabilitäten zu erzeugen, und die Strömung ist turbulent.

Ich glaube, was in Ihrem Experiment passiert, ist, dass Sie durch Anbringen eines Stück Stoffs am Wasserhahn den Durchfluss leicht einschränken und dadurch die Durchflussgeschwindigkeit verringern$v$und Reduzieren der Reynolds-Zahl, so dass$Re < \text{2000}$und die Strömung wird laminar oder zumindest weniger turbulent.

Sicherlich stellt alles, durch das Sie das Wasser fließen lassen, ob es sich um ein zusätzliches Stück Rohr, eine Biegung oder ein Stück Stoff handelt, einen Strömungswiderstand dar, und wenn alle anderen Dinge gleich sind, führt dies zu einer verringerten Strömungsgeschwindigkeit.

Obwohl ich mir sicher bin, dass die obigen Antworten vollkommen korrekt und nahezu vollständig sind, habe ich eine Theorie.

Wenn das Wasser aus dem Rohr kommt, hat es sowohl laminare als auch chaotische Fließeigenschaften. Sicherlich wird zumindest ein Teil des Wassers laminar sein. Was es turbulent macht, ist das Wasser, das nicht dem geraden Weg folgt.

Indem Sie ein flexibles Stück Stoff an der Außenseite der Strömung anbringen, wo die chaotischen Wasserpartikel offensichtlich sind, fangen Sie ihre kinetische Energie auf und absorbieren sie durch die Socke. Das Wasser, das auf die Socke trifft, hat eine plötzliche Impulsänderung, bei der nur die Vektoren parallel zu den laminaren Strömungen verbleiben, wodurch das Wasser ohne all die Turbulenzen in die gewünschte Richtung gedrückt wird.

Meine Argumentation: Wenn Sie das Tuch in die Mitte der Strömung legen, wo die überwiegend laminaren Partikel fließen, wird das Wasser überall hin spritzen, da die Energie des Wassers den Impuls ändert und nur in nicht laminare Richtungen gehen kann. Auf diese Weise kann eine Spritzpistole das Wasser auffächern – indem das Wasser um eine Barriere in der Mitte herum gedrückt wird. Und ebenso, wenn Sie die Düse vollständig öffnen, wird das Wasser an den Seiten behindert, aber nicht in der Mitte, und es kommt glatt heraus.