Plomall (hidrodinàmica)

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Plomall del transbordador espacial Atlantis després del llançament.

En hidrodinàmica, un plomall és una columna d'un fluid o gas movent-se a través d'un altre. El moviment d'aquest fluïd es veu afectat per diverses causes, incloent-hi, el moment, la difusió, o la flotabilitat (en fluxos afectats principalment per la densitat). Quant els efectes del moment són més importants que els efectes de les diferències de densitat i flotabilitat, el plomall s'anomena com a jet.


Moviment[modifica | modifica el codi]

En general, quan un plomall s'allunya de la seva font, s'eixampla a causa de l’arrossegament del fluid que l’envolta. La forma del plomall pot estar influenciada pel flux en el fluid ambient (per exemple, si vent local bufa en la mateixa direcció que ho fa la del plomall resulta en un en un co-flowing jet ). Això usualment causa un plomall que inicialment hagi estat dominat per flotabilitat per convertir-se , en dominat per l'impuls (aquest pas se sol predir per un nombre adimensional anomenat nombre de Richardson).

Flux i direcció[modifica | modifica el codi]

Un altre fenomen d'importància és si un plomall té flux laminar o flux turbulent. En general, hi ha una transició de laminar a turbulent al mateix temps que el plomall s’allunya de la seva font. Aquest fenomen es pot observar clarament a la columna ascendent de fum d'una cigarreta. Quan es requereixen molta precisió, la dinàmica de fluids computacional (CFD) pot ser emprat per simular plomalls, però els resultats poden ser sensibles al model de turbulència triat. CFD sovint es realitza per plomalls de coets, on els components condensats de fase poden ser presents a més dels components gasosos. Aquest tipus de simulacions pot arribar a ser bastant complex, incloent la radiació i postcombustió tèrmica, i (per exemple) els llançaments de míssils balístics sovint es detecten mitjançant la detecció de plomalls calents dels coets. Un altre fenomen que també es pot veure clarament en el flux de fum d'un cigarret és que la vora d'atac del corrent, o el plomall de partida, és molt sovint aproximadament en la forma d'un anell de vòrtex (anell de fum).[1]

Tipus de plomalls[modifica | modifica el codi]

Els contaminants alliberats a la terra poden poden trobar el seu camí cap avall en l'aigua subterrània. L'aigua contaminada en un aqüífer s’anomena un plomall, amb les vores migratòries anomenades fronts plomall. Els plomalls s'utilitzen per localitzar, marcar, i mesurar la contaminació de l'aigua en el total de l’aigua de l'aqüífer, i els fronts plomall s’utilitzen per determinar la direcció i velocitat amb que s'està estenent contaminació. Els plomall són d'una importància considerable en el model de dispersió atmosfèrica de la contaminació de l'aire. Un plomall tèrmic és un que és generat per un gas elevant-se per sobre de la font de calor. El gas s'eleva a causa de l'expansió tèrmica que fa que el gas calent sigui menys dens que el gas més fred que l’envolta.


In large scale atmospheric simulations, a nuclear explosion can be considered as a short-duration, thermal-point source, which generates a characteristic mushroom-shaped thermal plume rising up into the stratosphere.

Model de plomalls simple[modifica | modifica el codi]

Model bastant senzill permetrà que moltes propietats siguin completament desenvolupades, que s'investigui plomalls turbulents. En general és suficient per suposar que el gradient de pressió és fixat pel gradient de distància del plomall (aquesta aproximació és similar a l'aproximació de Boussinesq. La distribució de la densitat i la velocitat a través del plomall es modelen ja sigui amb distribucions gaussianes simples o bé es prenen com a uniforme a través del plomall (model anomenat "barret de copa"). La velocitat d’arrossegament de la massa al plomall està donada per A vegades simples constants la velocitat local - aquesta constant típicament té un valor de prop de 0,08 per a jets verticals i 0,12 per als plomalls verticals i flotants. Per plomalls corbats, el coeficient d'arrossegament és d'aproximadament 0,6. Equacions de conservació de flux de massa (incloent l'arrossegament) i flux de moment (tenint en compte la flotabilitat) i després donar la informació suficient per a molts propòsits. Per a una ploma simple augment d'aquestes equacions prediuen que la ploma s'ampliarà en una constant mitjana de angle d'aproximadament 6 a 15 graus.

Un model de barret de copa d'un plomall circular d'arrossegament en un fluid de la mateixa densitat és el següent:

El moment M del flux es conserva de manera que

A \rho v ^2 = M és constant

El flux de massa J varia, causa de l'arrossegament a la vora de la ploma, com es

d  J/d x = d A \rho v/dx =  k r \rho v

on k és una contant d’arrossegament, r és el radi del plomall a la distància x, i A és la seva àrea de secció transversal.

Això mostra que la velocitat v mitjana cau a mesura que augmenta inversament el radi, i la ploma creix en un angle constant dr / dx = k’.


  1. Turner, J. S. (1962). The Starting Plume in Neutral Surroundings, J. Fluid Mech. vol 13, pp356-368