En dinámica de fluidos , la energía cinética de turbulencia ( TKE ) es la energía cinética media por unidad de masa asociada con los remolinos en el flujo turbulento . Físicamente, la energía cinética de la turbulencia se caracteriza por fluctuaciones de velocidad de raíz cuadrada media (RMS) medidas. En las ecuaciones de Navier Stokes promediadas por Reynolds , la energía cinética de la turbulencia se puede calcular en función del método de cierre, es decir, un modelo de turbulencia .
Generalmente, el TKE se define como la mitad de la suma de las varianzas (el cuadrado de las desviaciones estándar) de los componentes de la velocidad:
La TKE se puede producir por cizallamiento, fricción o flotabilidad de fluidos, o mediante fuerzas externas en escalas de remolinos de baja frecuencia (escala integral). La energía cinética de la turbulencia luego se transfiere por la cascada de energía de la turbulencia y se disipa mediante fuerzas viscosas en la escala de Kolmogorov . Este proceso de producción, transporte y disipación se puede expresar como:
Asumiendo que la viscosidad molecular es constante, y haciendo la aproximación de Boussinesq , la ecuación TKE es:
Al examinar estos fenómenos, se puede encontrar el balance de energía cinética de turbulencia para un flujo particular. [2]
En la dinámica de fluidos computacional (CFD), es imposible simular numéricamente la turbulencia sin discretizar el campo de flujo hasta las microescalas de Kolmogorov , lo que se denomina simulación numérica directa (DNS). Debido a que las simulaciones de DNS son exorbitantemente costosas debido a los gastos generales de memoria, computación y almacenamiento, los modelos de turbulencia se utilizan para simular los efectos de la turbulencia. Se utiliza una variedad de modelos, pero generalmente TKE es una propiedad de flujo fundamental que debe calcularse para modelar la turbulencia de fluidos.