Creo que un modelo similar al vórtice de Rankine puede aplicarse a su caso. No sé la solución de flujo que aborda directamente este tipo de problemas. Según tengo entendido, la generación de vorticidad es causada por la conducción del flujo secundario debido al desequilibrio de la fuerza centrífuga.
Claramente, se desconocen dos cantidades principales: radio en la circulación máxima y circulación máxima. Sin saber más sobre el problema, puede pensar en investigarlo más a fondo mediante el uso de análisis no dimensionales.
A primera vista, supongo que participan estas cantidades: el caudal de admisión, el diámetro de admisión y la altura de la superficie libre, la viscosidad y densidad del fluido y la aceleración gravitacional. Ampliar un experimento puede ayudar aún más.
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Una nota debe incluir la aceleración de Coriolis: la latitud y la rotación de la Tierra pueden desempeñar un papel.