19.9
Si consideri il flusso costante e incomprimibile attraverso un tubo cilindrico rettilineo di raggio costante R, noto come flusso di Hagen-Poiseuille.
La geometria cilindrica consente l'uso delle coordinate r, θ e z per misure radiali, angolari e assiali.
Il fluido che scorre parallelamente all'asse del tubo ha una componente di velocità puramente assiale e varia solo con la distanza radiale.
Queste condizioni semplificano le equazioni di Navier-Stokes, rivelando un profilo di velocità parabolica che mostra che la velocità è più alta al centro e diminuisce verso le pareti, raggiungendo lo zero al contorno.
Questo dimostra il flusso laminare, in cui le particelle fluide si muovono dolcemente in strati organizzati.
L'integrazione di questo profilo sulla sezione trasversale del tubo fornisce la legge di Poiseuille, che esprime la portata Q come dipendente dalla quarta potenza del raggio del tubo, dalla viscosità del fluido e dal gradiente di pressione.
La velocità media V, calcolata da Q, è la metà della velocità massima osservata al centro del tubo.
Questa distribuzione della velocità conferma che il flusso è più alto al centro e diminuisce parabolicamente a zero alla parete.
Il flusso di Hagen-Poiseuille descrive il flusso stazionario e incomprimibile di un fluido viscoso attraverso un tubo cilindrico con raggio costante R…
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