Experimental behaviour of the free surface in a uniform laminar stream

Summary It has been experimentally shown that in a uniform laminar free surface flow, the boundary conditions at the free surface cannot be represented by a simple non-shear condition.This statement is in particular supported by some experiments performed by the author on a high viscosity oil flow in a rectangular pipe. A surface shear viscosity may be introduced in order to characterize the behaviour of the free surface (Boussinesq).The velocity profile was measured along the axis of simmetry of the cross section. The results were in agreement with these of some numerical computations based on the above model. Similar agreement was not achieved on comparing the experimental and theoretical values obtained for the shape factor, a global parameter depending on the shape of the cross section.Such a disagreement cannot be due to experimental error and suggests that the above model is unable.

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Sommario E' fatto sperimentalmente accertato che in un moto laminare uniforme le condizioni al contorno sulla superficie libera non possono essere rappresentate dalla semplice assenza di tensioni tangenziali superficiali. Una chiara conferma viene dalla attuale serie di misure eseguite su una condotta rettangolare percorsa da olio.Per caratterizzare il comportamento della superficie libera si introduce un coefficiente di viscosità tangenziale superficiale, nell'ipotesi di comportamento newtoniano della superficie stessa (Boussinesq).I confronti fra i nostri risultati sperimentali ed i risultati numerici derivanti da tale ipotesi mostrano una possibile concordanza nella distribuzione di velocità sull'asse di simmetria della condotta ma mettono in evidenza andamenti decisamente discordanti per quanto riguarda il comportamento di un coefficiente globale, variabile con la forma della sezione.Tale discordanza non è attribuibile ad errori di misura ed indica l'inadeguatezza di un modello basato sull'ipotesi di comportamento newtoniano della superficie libera.