Flujo Taylor-Couette
Para velocidades angulares bajas, medidas por el número de Reynolds Re, el flujo es constante y puramente azimutal.
Este estado básico se conoce como flujo circular de Couette, en honor a Maurice Couette, quien utilizó este dispositivo experimental como medio para medir la viscosidad.
Sir Geoffrey Ingram Taylor investigó la estabilidad del flujo de Couette en un artículo innovador.
[1] El artículo de Taylor se convirtió en una piedra angular en el desarrollo de la teoría de la estabilidad hidrodinámica y demostró que la condición de no deslizamiento, que estaba en disputa por la comunidad científica en ese momento, era la condición límite correcta para los flujos viscosos en un límite sólido.
Taylor demostró que cuando la velocidad angular del cilindro interior aumenta por encima de cierto umbral, el flujo de Couette se vuelve inestable y surge un estado estable secundario caracterizado por vórtices toroidales axisimétricos, conocido como flujo de vórtice de Taylor.
Posteriormente, al aumentar la velocidad angular del cilindro, el sistema sufre una progresión de inestabilidades que conducen a estados de mayor complejidad espacio-temporal, siendo el siguiente estado denominado flujo de vórtice ondulado.
Si los dos cilindros giran en sentido opuesto, surge un flujo de vórtice en espiral.
El flujo circular Couette tiene amplias aplicaciones que van desde la desalinización hasta la magnetohidrodinámica y también en el análisis viscosimétrico.
Ha sido un flujo bien investigado y documentado en dinámica de fluidos.
[3] Dado que las longitudes de los cilindros son infinitamente largas, el flujo es esencialmente unidireccional en estado estable.
como se muestra en la figura, entonces el componente de velocidad azimutal viene dado por:[4] Lord Rayleigh[6][7] estudió la estabilidad del problema con suposición no viscosa, es decir, perturbando las ecuaciones de Euler.
El criterio establece que, en ausencia de viscosidad, la condición necesaria y suficiente para que la distribución de la velocidad azimutal
sea estable es en todas partes en el intervalo; y, además, que la distribución es inestable si
debería disminuir en cualquier parte del intervalo.
Los vórtices de Taylor (también llamados así en honor a Sir Geoffrey Ingram Taylor) son vórtices que se forman en el flujo rotativo de Taylor-Couette cuando el número de Taylor (
Si bien la mecánica de fluidos del flujo original es inestable cuando
El problema matemático idealizado se plantea eligiendo un valor particular de
[4][8][9][10][11] En 1975, J. P. Gollub y H. L. Swinney publicaron un artículo sobre la aparición de turbulencias en un fluido en rotación.
Con mayores aumentos en la tasa de rotación, las rosquillas oscilan y se retuercen y finalmente se vuelven turbulentas.
Si bien el factor principal que rige esta transición es el número de Reynolds, existen otros factores de influencia importantes: si el flujo está abierto (lo que significa que hay un lateral ascendente y descendente) o cerrado (el flujo está lateralmente ligado; por ejemplo, giratorio), y delimitado (influenciado por efectos de pared) o ilimitado (no influenciado por efectos de pared).
