Принцип действия центрифуги

[realeugene]

Atom001 в сообщении #1277695 писал(а):

А как выглядит цепочка событий, исходящая от "линии тока искривились" к "возник градиент давления"?

Нет тут никакой "цепочки событий". Уравнения гидродинамики просто связывают друг с другом различные физические величины, аналогично второму закону Ньютона. Который связывает друг с другом ускорение материальной точки и действующую на неё силу. В результате могут реализовываться только те движения системы, которые не противоречат законам механики. Если нам известна одна физическая величина (например, мы заранее знаем траекторию движения просто из опыта и соображений симметрии), то мы можем рассчитать другие связанные с ней физические величины, т. е. силу. Но эти величины реализуются одновременно.

Гидродинамика сложнее ньютоновской механики (хоть она и строится на основе ньютоновской механики) и связей в ней больше. Например, если в сосуде у жидкости есть свободная поверхность, то при вращении её уровень поднимается к стенкам. В результате на одной и той же горизонтали оказывается разная глубина под поверхностью жидкости, и, соответственно, различное статическое давление, в зависимости от расстояния от оси вращения. И это просто ещё один пример связей в гидродинамике между различными физическими величинами, задаваемыми уравнениями гидродинамики.

[arseniiv]

Так понимаю, возможно, Atom001 интересно, что происходит при изменении угловой скорости центрифуги, то есть, как устанавливается установившийся режим. Уж не знаю, в какой именно детализации, но на его месте я бы спросил об этом.

[realeugene]

arseniiv в сообщении #1277743 писал(а):

Так понимаю, возможно, Atom001 интересно, что происходит при изменении угловой скорости центрифуги, то есть, как устанавливается установившийся режим.

Такое движение жидкости может оказаться очень сложным, включая образование в жидкости турбулентности, разрушающей осевую симметрию движения, образование высоких обрушивающихся (не уверен, но допускаю существование таких режимов) волн на поверхности и пузырей воздуха в толще жидкости. Но когда такие движения затухнут, останется только равномерное вращение жидкости вместе с центрифугой, которое считается гораздо проще.

[Atom001]

amon в сообщении #1277708 писал(а):

"Кусочек" жидкости движется по кругу (ей деваться некуда, она в капсуле). Для этого на него должна действовать определенная сила. Значит силы должны устроится так, что бы на все части жидкости действовала нужная сила.

Если "элемент жидкости движется по кругу" является причиной, а "силы должны устроится так, чтобы..." - следствие, то как от одного система переходит к другому?

realeugene в сообщении #1277709 писал(а):

Нет тут никакой "цепочки событий"

Почему нет? Должна же произойти какая-то последовательность событий.
Центрифуга покоится — включили питание — начал вращаться двигатель — пробирку заставляет вращаться сила давления со стороны крепления к барабану центрифуги — ? (что происходит дальше) — в установившемся режиме складывается некоторый градиент давления — ? (здесь уже нужно будет разбираться, как из-за этого градиента приходит в движение частица в жидкости; но это позже, когда станет ясно с природой формирования градиента)

arseniiv в сообщении #1277743 писал(а):

Так понимаю, возможно, Atom001 интересно, что происходит при изменении угловой скорости центрифуги, то есть, как устанавливается установившийся режим. Уж не знаю, в какой именно детализации, но на его месте я бы спросил об этом.

Не уверен, что я Вас правильно понял. Если Вы говорите про "как протекают переходные процессы при изменении состояния системы с покоя на установившееся равномерное вращение", то да, думаю об этом я и хочу спросить. (Наверное )

[arseniiv]

Atom001 в сообщении #1277912 писал(а):

Если Вы говорите про "как протекают переходные процессы при изменении состояния системы с покоя на установившееся равномерное вращение", то да, думаю об этом я и хочу спросить. (Наверное )

Ну вот неутешительный ответ на это realeugene дал выше.

Хотя неужели нельзя при достаточно медленном раскручивании некоторые сценарии отбросить? (Я как-то не подумал добавить такое условие выше — может, потому что оно неправдоподобное для, наверно, большинства центрифуг — но зато оно могло бы быть удобным для вашего вопроса.)

[realeugene]

Atom001 в сообщении #1277912 писал(а):

что происходит дальше

Сначала начинают бегать звуковые волны, потом жидкость всё сильнее и сильнее увлекается стенками, возникают нестационарные потоки в жидкости, возникают колебания свободной поверхности, всё поначалу бурлит и пенится. С нестационарными потоками связаны случайные пульсации давления в жидкости. По мере затухания этих нестационарных потоков ослабляются и пульсации давления, в конце концов всё успокаивается, жидкость начинает равномерно вращаться как единое целое, и распределение давления в жидкости устанавливается в точности таким, чтобы обеспечивалось равномерное движение частиц жидкости по окружностям.

-- 23.12.2017, 10:01 --

arseniiv в сообщении #1277915 писал(а):

Хотя неужели нельзя при достаточно медленном раскручивании некоторые сценарии отбросить?

можно. Медленно раскручиваемый мёд с высокой вязкостью. Такую систему уже возможно решить, хотя бы, численно. Но и без расчётов понятно, что по мере раскрутки на свободной верхней поверхности (если она существует) образуется впадина на оси вращения.

[Atom001]

realeugene, спасибо! С градиентом стало намного понятнее.

amon в сообщении #1277203 писал(а):

Взять пробку, привязать к ней грузик ниткой такой, что бы груз "топил" пробку, опустить всё это хозяйство в банку с водой, взять банку в руки и повернуться по кругу. Как Вы думаете, куда отклонится пробка?

К человеку, вращающему банку на вытянутых руках?
А если сделать такую гирлянду: грузик - грузик. К крышке крепится нить, к которой прикреплён грузик (металлический шарик, например), затем снова идёт нить и тяжёлый груз на дне. Всё это - в банку, и крутить. Теперь плавающий грузик отклонится от вращающего человека что ли?

[amon]

Atom001 в сообщении #1277924 писал(а):

К человеку, вращающему банку на вытянутых руках? ... от вращающего человека что ли?

DoubleУгу.

[Atom001]

amon в сообщении #1278430 писал(а):

DoubleУгу.

Отлично.


Всем большое спасибо за помощь!