Warum verhält sich ein Wasserstrahl so, wenn er gegen einen Löffel oder in ein Glas gerichtet wird?

Was Sie sehen, ist das Ergebnis von Druckwellen, die sich stromaufwärts gegen die Strömung des Wassers bewegen.

Druckwellen in einer Flüssigkeit bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit (denn Schall ist eine Druckwelle) und in Wasser sind es etwa 1,5 km/s. Während sich das Wasser selbst nach unten bewegt, kann sich die durch das Auftreffen auf ein Hindernis verursachte Druckänderung stromaufwärts ausbreiten, solange die Geschwindigkeit des Wasserflusses weniger als 1,5 km/s beträgt. Wenn Sie ein Manometer in das Wasser einführen, wo es den Wasserhahn verlässt, würden Sie den Druckanstieg sehen, wenn Sie den Löffel in den Wasserstrahl halten. Diese Erhöhung des effektiven Drucks bläst die Wassersäule auf, und dies ergibt den Effekt, den Sie im Video sehen.

Den Effekt tatsächlich zu berechnen und sein Ausmaß vorherzusagen, wäre ein gewaltiges Problem, da selbst einfache Probleme in der Fluiddynamik rechnerisch unlösbar sein können. Die übliche Taktik besteht darin, aufzugeben und nach einem Finite-Elemente-Analyseprogramm und einem großen Computer zu greifen. Ich erwähne dies, um mir eine Entschuldigung dafür zu geben, nicht zu erklären, warum Sie in Ihrem zweiten Video den pulsierenden Effekt bekommen. Es wird auch auf Druckwellen zurückzuführen sein, die sich stromaufwärts bewegen, aber genau, warum Sie die Oszillation bekommen, weiß ich nicht.

Diese Antwort oben und auch diese vorherige Antwort von mir " Muster in laminarer Strömung von Leitungswasser " sind beide falsch ;

Beginnen wir mit den Grundlagen;

Der Tap hat wahrscheinlich$3/4"$Linien und gibt einen Fluss von$12 \text{ l/min}$.
Also der Flow-Bereich ist$A=0.009525^2*\pi=0.000285 \text{ m}^2$
Und der Fluss$Q=0.012 m^3 / 60 s = 0.0002\text{ m$^3$/s}$
So ist die Fließgeschwindigkeit$V=Q/A= 0.7 \text{ m/s}$,

1. Wasserschlag ist NICHT die Erklärung.

Also jeder Einfluss, der durch die Schallgeschwindigkeit im Wasser verursacht wird $1481 \text{ m/s}$würde sich in dieser Größenordnung sofort auswirken. Der Wasserschlag ist nach wie vor am einfachsten aus der Originalformulierung von Joukowsky zu verstehen ;$\Delta p=\rho *c*\Delta v$(Hier$c$ist die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit). Da der Druck atmosphärisch ist, ist seine Änderung praktisch Null, was bedeutet, dass in diesem Fall auch die Geschwindigkeitsänderung Null sein sollte.

2. Die Froude-Zahl ist NICHT die Erklärung.

Der Rohrdurchmesser wird daher oft als charakteristische Länge für den vollen Rohrdurchfluss verwendet$F=\frac{v}{\sqrt{g*l}}=\frac{0.7m/s}{\sqrt{9.81m/s^2*0.019m}}=\frac{0.7m/s}{0.432}=1.62$und da die Strömung somit überkritisch ist$F>1$, sollten sich keine Wellen stromaufwärts ausbreiten können, wie es in diesem Bild gezeigt wird, und auch leicht in jedem Labor getestet werden können;

Eine mögliche Erklärung; (...NICHT MAINSTREAM,- es tut mir leid für den Mainstream)
Ich habe diese Froude-Nummer beobachtet$F=sqrt3=1.73$verursacht dennoch keine hydraulischen Sprungverluste; Schauen Sie sich das Ergebnis des Experiments des US Bureau of Reclamation in diesem Bild an; [Seite 397, Abb. 15-3, Open-Channel-Hydraulik. Ven Te Chow. McGraw-Hill, New York, 1959.]
ANSCHAUEN; USBR Experimentelle Kurve

An der Y-Achse in diesem Bild ist Energie des Flusses; 1 = 100%, und an der X-Achse die Froude-Zahl$(F_1)$.$y_1$ist die Wassertiefe vor dem Sprung,$y_2$ist die Wassertiefe nach dem Sprung,$h_j$ist die Sprunghöhe.$E_1$ist die Gesamtenergie vor dem Sprung.$E_2$ist die Energie nach dem Sprung.

Die gestrichelte Kurve ist eine USBR-experimentelle Kurve für$\frac{\Delta E}{E_1}$ relativer Verlust , die durchgehende Kurve ist der theoretische Wert. Die wichtigste Beobachtung dieses Experiments ist, dass die Energieverluste bei null sind$F<1.73$. Das Buch weist nicht darauf hin, sondern besagt;

Die maximale relative Tiefe$y_2/E_1$Ist$0.8$, die bei auftritt$y_1/E_1=0.4$Und$F_1=1.73$. Versuche haben gezeigt, dass ungefähr an dieser Stelle der Übergang von einem wellenförmigen Sprung zu einem direkten Sprung stattfindet$F_1=1.73$

Das kann man sich leicht merken$\frac{y_2/E_1}{y_1/E_1}=2$was ich durch meine Nicht-Mainstream-Idee über Turbulenz interpretiere , dass Teilchen mit jeder Energie zusammenhalten können, solange sie richtig kollidieren;$A_2/A_1$Verhältnis ist$<2$, was in diesem Fall auch der Fall ist$y_2/y_1$Verhältnis. (Erklärt im Buch.) Wenn das Verhältnis ist$>2$dann beginnen die einzelnen Moleküle durchzudringen. Als gleichzeitig verursacht die kontinuierliche Selbstionisierung von Wasser einige$H_2O$ihre zu verlieren$H$und schafft$OH^-$-Ionen, während das freie H abgefangen wird$H_3O^+$und dann werden diese Moleküle von ihren Gegenstücken weggedrückt, so dass die normale Wasserstoffbindung gestört wird ;

Die Wasserstoffbrückenbindungen brechen und bilden sich in Zeitskalen von mehr als 200 Femtosekunden kontinuierlich neu

Und damit plötzlich die$OH^-$-Ionen haben eine andere$OH^-$-ion ​​als ihr Nachbar und$H_3O^+$hat einen anderen$H_3O^+$und da sich diese dann gegenseitig abstoßen , wird das Wasser (jede Flüssigkeit, die kein Einzelatomgas ist$He$) hat plötzlich eine Oberfläche oder Risse im Inneren und verhält sich somit nicht mehr homogen! Eine der Hauptannahmen zur mathematischen Lösung dieser hydrodynamischen Probleme ist daher FALSCH; wie es die Navier-Stokes-Gleichungen erwarten;

Die Lösungen für die Navier-Stokes-Gleichungen werden in der Menge der Solenoidfunktionen ("divergenzfreien") gesucht. Für diese Strömung eines homogenen Mediums sind Dichte und Viskosität Konstanten.

Dinge, die nicht stimmen, sie können eigentlich keine einzige glatte Lösung für irgendwelche Turbulenzen geben.

Die Antwort, die sich aus dieser Idee für diese Frage ergeben kann, ist also, dass die Moleküle um den Stagnationspunkt herum einen Kern aufbauen, der stark genug ist, um sogar die in den Videos gezeigten Höhen aufzubauen. Der pulsierende Rhythmus im zweiten Video wird durch den Zusammenbruch dieses Kerns verursacht, da die zirkulierende Strömung im Glas den Boden des Kerns in Bewegung versetzt.

Wenn das wirklich so ist; Ich bin mir nicht sicher; Aber ich könnte es leicht mit einem Experiment beweisen, das ich im Sinn habe. (Ich habe einfach nicht die nötige Ausrüstung) Wie auch immer, die Ergebnisse der Labortests meiner Turbine unterstützen dies genug zu meiner eigenen Zufriedenheit.