¿En una columna de aire caliente ascendente, es la velocidad más alta en la parte superior?

Question

Ya que el movimiento del aire es inducido por la flotabilidad, yo. e. hay una fuerza constante que actúa sobre el aire, así que yo esperaría que la velocidad de aumento durante el ascenso, como un objeto que cae debido a la gravedad acelera.

Pero no un gradiente de velocidad desgarro de la columna de separación a lo largo del eje? O es simplemente llevar un gradiente de presión y una deformación de la columna (más delgada en la parte superior)?

Si no hay aceleración, hay probablemente una velocidad terminal, al igual que con la caída de objetos a través de la atmósfera. Lo que tendría que ser limitado por?

Hay dos efectos que me gustaría dejar de lado el propósito de esta pregunta, si es posible, de la disipación del aire caliente hacia el aire circundante y el enfriamiento del aire a medida que se eleva. Sospecho que con un nivel suficientemente alto de $\Delta T$ y una columna que es bastante ancho y no muy alto, podemos hacer caso omiso de los (para un poco, de todos modos)?

Y sólo por el contexto, lo que me trajo a esta era la idea de tener aire caliente que asciende a través de una chimenea para actuar como una bomba a través de una constricción en la chimenea que crea un efecto Venturi. Me preguntaba si sería mejor poner que constricción más arriba en la chimenea, por lo tanto, obtener una mayor diferencia de presión debido a una mayor velocidad.

Answer 1

Estás en lo correcto de que ya hay una fuerza de flotación, usted debe esperar la aceleración. Sin embargo, debido a que el aire no es muy densa, se alcanza rápidamente su propia velocidad terminal como disipadores de las fuerzas proporcional de alguna manera a la velocidad de la corriente. Para la caída de objetos, estos disipadores fuerzas aumentan con el cuadrado de la velocidad. El mismo general, parece ser cierto para las burbujas que suben a través de los fluidos, que casi se aproxima a su escenario de un aumento de la columna de aire. Nota, sin embargo, que el más rápido de la columna de aire sube, mayor es su número de Reynolds. Como el número de Reynolds aumenta, el flujo se vuelve turbulento, y la dinámica puede cambiar significativamente. Una vez que el flujo se vuelve turbulento, va a comenzar a mezclar mucho más rápidamente con el aire circundante, y no será más posible a la negligencia de la refrigeración del aire ascendente.

Si usted está descuidando el hecho de que el aire se hace menos denso con la altitud, entonces no hay una velocidad de divergencia (es decir, el aire no se mueve más rápido en la parte superior de la parte inferior) debido a que la viscosidad impone una velocidad terminal, y de modo que el aire no está enrarecido como usted propone.

(Tenga en cuenta también que si la velocidad de flujo se aproxima a la velocidad del sonido, usted puede comenzar a construir algunas importantes gradientes de presión, pero eso es mucho más complejo problema, y es poco probable que surgen a través de la simple calentamiento de aire.)