Turbulencia de Olas Anisotrópica para Hidrodinámica Reducida con Ondas Inerciales Lentas Constriñidas Rotacionalmente
Autores: Sen, Amrik
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2017
Acceso abierto
Artículo científico
2017
Turbulencia de Olas Anisotrópica para Hidrodinámica Reducida con Ondas Inerciales Lentas Constriñidas Rotacionalmente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Ecuaciones cinéticas
Flujos de rotación rápida
Teoría de perturbaciones de múltiples escalas
Dinámica anisotrópica
Base de ondas helicoidales
Invariantes globales
Energía
Helicidad
Simetrías
Turbulencia de ondas débil
Soluciones estacionarias
Soluciones de Kolmogorov
Números de onda anisotrópicos
Modelo de turbulencia débil
Cascada turbulenta
Modos perpendiculares
Cierre de la ecuación cinética
Licencia
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Se desarrollan ecuaciones cinéticas para flujos que rotan rápidamente en este documento utilizando la teoría de perturbaciones de múltiples escalas. Las ecuaciones gobernantes son un conjunto de ecuaciones asintóticamente reducidas que se derivan de las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles. Estas ecuaciones son aplicables a regímenes de flujo que rotan rápidamente y son las más adecuadas para describir la dinámica anisotrópica de los flujos rotativos. Las variables independientes de estas ecuaciones residen inherentemente en una base de ondas helicoidales que es la más adecuada para las ondas inerciales. Se deriva un sistema acoplado de ecuaciones para los dos invariantes globales: energía y helicidad, al extender un sistema simétrico más simple al caso helicoidal no simétrico más general. Este enfoque para derivar las ecuaciones cinéticas para la helicidad sigue naturalmente al explotar las simetrías en el sistema y es diferente de las derivaciones presentadas en un enfoque anterior de turbulencia de ondas débiles que utiliza múltiples funciones de correlación para tener en cuenta la asimetría debida a la helicidad. Se obtienen soluciones estacionarias, incluidas las soluciones de Kolmogorov, para los invariantes de flujo como una ley de escalado de los números de onda anisotrópicos. Las soluciones de la ley de escalado se comparan afirmativamente con los resultados de datos experimentales y de simulación recientes. Así, la turbulencia de ondas anisotrópica del sistema hidrodinámico reducido es un modelo de turbulencia débil para una fuerte anisotropía con un cascada dominante de k donde las ondas ayudan a la cascada turbulenta a lo largo de los modos perpendiculares. Las ondas también permiten un cierre apropiado de la ecuación cinética a través del promediado de sus fases.
Descripción
Se desarrollan ecuaciones cinéticas para flujos que rotan rápidamente en este documento utilizando la teoría de perturbaciones de múltiples escalas. Las ecuaciones gobernantes son un conjunto de ecuaciones asintóticamente reducidas que se derivan de las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles. Estas ecuaciones son aplicables a regímenes de flujo que rotan rápidamente y son las más adecuadas para describir la dinámica anisotrópica de los flujos rotativos. Las variables independientes de estas ecuaciones residen inherentemente en una base de ondas helicoidales que es la más adecuada para las ondas inerciales. Se deriva un sistema acoplado de ecuaciones para los dos invariantes globales: energía y helicidad, al extender un sistema simétrico más simple al caso helicoidal no simétrico más general. Este enfoque para derivar las ecuaciones cinéticas para la helicidad sigue naturalmente al explotar las simetrías en el sistema y es diferente de las derivaciones presentadas en un enfoque anterior de turbulencia de ondas débiles que utiliza múltiples funciones de correlación para tener en cuenta la asimetría debida a la helicidad. Se obtienen soluciones estacionarias, incluidas las soluciones de Kolmogorov, para los invariantes de flujo como una ley de escalado de los números de onda anisotrópicos. Las soluciones de la ley de escalado se comparan afirmativamente con los resultados de datos experimentales y de simulación recientes. Así, la turbulencia de ondas anisotrópica del sistema hidrodinámico reducido es un modelo de turbulencia débil para una fuerte anisotropía con un cascada dominante de k donde las ondas ayudan a la cascada turbulenta a lo largo de los modos perpendiculares. Las ondas también permiten un cierre apropiado de la ecuación cinética a través del promediado de sus fases.