El papel de la inercia en el inicio de la turbulencia en un filamento de vórtice
Autores: Caltagirone, Jean-Paul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
El papel de la inercia en el inicio de la turbulencia en un filamento de vórtice
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Energía cinética
Flujo turbulento
Filamentos de vórtice
Mecánica discreta
Energía de presión
Vórtice viscoso
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La decadencia de la energía cinética de un flujo turbulento con el tiempo no es necesariamente monótona. Esto se revela a través de simulaciones realizadas en el marco de la mecánica discreta, donde la energía cinética puede transformarse en energía de presión o viceversa; este fenómeno persistente también se observa en fluidos inviscidos. Diferentes tipos de filamentos de vórtice viscoso generados por condiciones de velocidad inicial muestran que los fenómenos de estiramiento de vórtices preceden un inicio abrupto de la explosión de vórtices en regiones de alto corte. En todos los casos, la energía cinética comienza a crecer al tomar prestada energía de la presión antes de la fase de transferencia a las pequeñas estructuras turbulentas. El resultado observado en el filamento de vórtice también se encuentra para el vórtice de Taylor-Green, que difiere significativamente de los resultados anteriores sobre este mismo caso simulado a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes. Esta discrepancia se atribuye al modelo físico utilizado, el de la mecánica discreta, donde la formulación se basa en la conservación de la aceleración. Las razones de esta divergencia se analizan en profundidad; sin embargo, un análisis espectral permite encontrar las leyes establecidas sobre la decadencia de la energía cinética en función del número de onda.
Descripción
La decadencia de la energía cinética de un flujo turbulento con el tiempo no es necesariamente monótona. Esto se revela a través de simulaciones realizadas en el marco de la mecánica discreta, donde la energía cinética puede transformarse en energía de presión o viceversa; este fenómeno persistente también se observa en fluidos inviscidos. Diferentes tipos de filamentos de vórtice viscoso generados por condiciones de velocidad inicial muestran que los fenómenos de estiramiento de vórtices preceden un inicio abrupto de la explosión de vórtices en regiones de alto corte. En todos los casos, la energía cinética comienza a crecer al tomar prestada energía de la presión antes de la fase de transferencia a las pequeñas estructuras turbulentas. El resultado observado en el filamento de vórtice también se encuentra para el vórtice de Taylor-Green, que difiere significativamente de los resultados anteriores sobre este mismo caso simulado a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes. Esta discrepancia se atribuye al modelo físico utilizado, el de la mecánica discreta, donde la formulación se basa en la conservación de la aceleración. Las razones de esta divergencia se analizan en profundidad; sin embargo, un análisis espectral permite encontrar las leyes establecidas sobre la decadencia de la energía cinética en función del número de onda.