En dinámica de fluidos, el flujo de Taylor-Culick, un tipo de flujo en punto de estancamiento, describe el flujo axisimétrico en el interior de un cilindro largo y delgado con un extremo cerrado, alimentado por una inyección de flujo constante a través de la pared lateral. El flujo recibe su nombre de Geoffrey Ingram Taylor y F. E. C. Culick.Taylor, G. I. (1956). Fluid flow in regions bounded by porous surfaces. Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences, 234(1199), 456–475. En 1956, Taylor demostró que cuando un fluido es forzado a entrar en una lámina porosa de forma cónica o en cuña, se establece un gradiente de presión longitudinal favorable en la dirección del flujo dentro del cono o la cuña y el flujo es rotacional; esto contrasta con el caso inverso, en el que el fluido es expulsado de la lámina cónica o en cuña desde el interior, en cuyo caso el flujo es uniforme dentro del cono o la cuña y es obviamente potencial. Taylor también obtuvo soluciones para la velocidad en el caso límite en el que el cono o la cuña degeneran en un tubo circular o en placas paralelas. Más tarde, en 1966, Culick encontró la solución correspondiente al problema del tubo, en un problema aplicado a la combustión de cohetes de propulsante sólido.Culick, F. E. C. (1966). Flujo medio rotacionalmente simétrico y amortiguación de ondas acústicas en un cohete de propulsante sólido. AIAA Journal, 4(8), 1462–1464. Aquí, la expansión térmica del gas debida a la combustión que tiene lugar en la superficie interior de la cámara de combustión (cilindro largo y delgado) genera un flujo dirigido hacia el eje. Descripción del flujo Consideremos un tubo poroso delgado de radio y longitud (de modo que ) a través del cual se inyecta un fluido de manera uniforme a una velocidad . Lejos de los extremos abiertos o cerrados, la velocidad radial y la velocidad axial inducidas son del orden y , y el flujo puede describirse utilizando una solución autosimilar, descrita para flujos laminares y viscosos por S. W. Yuan y A. Finkelstein, siguiendo los trabajos anteriores sobre flujos planos (o flujo de Berman).Yuan, S. W., Finkelstein, A. (1955). Flujo laminar en tubería con inyección y succión a través de una pared porosa. CENTRO DE INVESTIGACIÓN JAMES FORRESTAL DE LA UNIVERSIDAD DE PRINCETON, NUEVA JERSEY. Cuando el número de Reynolds se hace grande, la solución se aproxima al flujo de Taylor–Culick, que se describe medianteGarcia-Schäfer, J. E., & Linan, A. (2001). Inestabilidades acústicas longitudinales en cohetes de propulsante sólido esbeltos: análisis lineal. Journal of Fluid Mechanics, 437, 229-254.
El campo de presión y la función de flujo de Stokes vienen dados por
A pesar de que la fórmula parece sencilla, se ha comprobado experimentalmente que la solución es precisa.Dunlap, R., Willouchby, P. G., & Hermsen, R. W. (1974). Campo de flujo en la cámara de combustión de un motor cohete de propulsante sólido. Revista de la AIAA, 12(10), 1440–1442. Si el tubo tiene un extremo cerrado en , entonces la solución autosimilar es errónea para distancias del orden de , ya que la separación de la capa límite en es inevitable; es decir, el perfil de Taylor–Culick es correcto para . El perfil de Taylor-Culick con inyección en el extremo cerrado del cilindro también puede resolverse analíticamente.Majdalani, J., & Saad, T. (2007). El perfil de Taylor-Culick con inyección arbitraria en la pared superior. Physics of Fluids, 19(9), 093601.
Aunque la solución se deriva para la ecuación no viscosa, satisface la condición de no deslizamiento en la pared ya que, como argumentó Taylor, cualquier capa límite en la pared lateral será arrastrada por la inyección del flujo. Por lo tanto, el flujo se denomina cuasi-viscoso.
Véase también Flujo de Berman Referencias
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