Estructura turbulenta coherente
Los flujos turbulentos son movimientos caóticos y multiescala complejos que deben clasificarse en componentes más elementales, denominados estructuras turbulentas coherentes . Dicha estructura debe tener coherencia temporal, es decir, debe persistir en su forma durante períodos lo suficientemente largos como para que se puedan aplicar los métodos de las estadísticas promediadas en el tiempo. Las estructuras coherentes se estudian típicamente a escalas muy grandes, pero se pueden dividir en estructuras más elementales con propiedades coherentes propias; por ejemplo, los vórtices en horquilla . Las horquillas y las estructuras coherentes se han estudiado y notado en los datos desde la década de 1930, y desde entonces se han citado en miles de artículos científicos y revisiones. [1]
Los experimentos de visualización de flujo , que utilizan humo y tinte como trazadores, se han utilizado históricamente para simular estructuras coherentes y verificar teorías, pero los modelos informáticos son ahora las herramientas dominantes ampliamente utilizadas en el campo para verificar y comprender la formación, evolución y otras propiedades de tales estructuras. Las propiedades cinemáticas de estos movimientos incluyen tamaño, escala, forma, vorticidad , energía y las propiedades dinámicas gobiernan la forma en que las estructuras coherentes crecen, evolucionan y decaen. La mayoría de las estructuras coherentes se estudian solo dentro de las formas confinadas de turbulencia de pared simple, que se aproxima a la coherencia para ser estable, completamente desarrollada, incompresible y con un gradiente de presión cero en la capa límite.. Aunque tales aproximaciones se apartan de la realidad, contienen suficientes parámetros necesarios para comprender estructuras coherentes turbulentas en un grado altamente conceptual. [2]
La presencia de movimientos y estructuras organizados en los flujos de cizalladura turbulentos fue evidente durante mucho tiempo y, además, ha sido implícita en la hipótesis de la longitud de mezcla incluso antes de que el concepto se declarara explícitamente en la literatura. También se encontraron datos de correlación temprana midiendo chorros y estelas turbulentas, particularmente por Corrsin y Roshko. La técnica de la burbuja de hidrógeno de Hama, que utilizaba la visualización del flujo para observar las estructuras, recibió una amplia atención y muchos investigadores la siguieron, incluido Kline. La visualización de flujo es una técnica experimental de laboratorio que se utiliza para visualizar y comprender las estructuras de los flujos de cizallamiento turbulentos . [1]Con una comprensión mucho mejor de las estructuras coherentes, ahora es posible descubrir y reconocer muchas estructuras coherentes en imágenes de visualización de flujo anteriores recopiladas de varios flujos turbulentos tomadas hace décadas. Las simulaciones por computadora son ahora la herramienta dominante para comprender y visualizar estructuras de flujo coherentes. La capacidad de calcular las ecuaciones de Navier-Stokes dependientes del tiempo necesarias produce presentaciones gráficas a un nivel mucho más sofisticado y, además, se pueden visualizar en diferentes planos y resoluciones, superando los tamaños y velocidades esperados previamente generados en experimentos de laboratorio. Sin embargo, los experimentos de visualización de flujo controlado siguen siendo necesarios para dirigir, desarrollar y validar las simulaciones numéricas ahora dominantes en el campo. [2]
