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El Cuello de Botella en los Espectros de Tasa de Disipación Escalar: Dependencia del Número de Schmidt

Autores: Orlandi, Paolo

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

El Cuello de Botella en los Espectros de Tasa de Disipación Escalar: Dependencia del Número de Schmidt


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Tasa de disipación
Cuello de botella
Espectros escalares
Transferencia de energía
Rangos inerciales
Dependencia viscosa

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La tasa media de disipación de energía turbulenta alcanza un valor constante a altos números de Taylor-Reynolds (R). Este valor está asociado con el espectro de disipación de escalado bien definido en unidades de Kolmogorov, donde el máximo corresponde al pico del cuello de botella. Incluso la tasa de disipación escalar en el alto R considerado en las simulaciones numéricas directas actuales alcanza un valor constante a medida que Sc aumenta. En este escenario, el máximo de los espectros de disipación escalar alcanza su pico dentro del cuello de botella, comenzando en Sc>0.5. Una explicación cualitativa para la formación de los dos cuellos de botella está relacionada con el bloqueo de la transferencia de energía de escalas grandes a pequeñas en los rangos inerciales. Dentro del cuello de botella, las estructuras auto-similares, en forma de cinta, se transforman en estructuras en forma de varilla características del rango de decaimiento exponencial. Investigar la dependencia viscosa de la amplitud del cuello de botella puede ser facilitado al examinar la evolución de un escalar pasivo. A medida que Sc disminuye, los espectros escalares experimentan cambios a través del rango de número de onda k. El cuello de botella se desmantela, y a valores muy bajos de Sc, el espectro tiende hacia la predicción teórica de Batchelor, disminuyendo proporcionalmente a k-17/3. Para comprender las estructuras de flujo responsables del cuello de botella, se presentan visualizaciones de nabla2 y funciones de densidad de probabilidad a varios valores de Sc y se comparan con las de uinabla2ui. El método numérico empleado para generar espectros tridimensionales y cantidades como la energía y la disipación de varianza escalar en el espacio físico debe ser preciso, particularmente en la resolución de escalas pequeñas. Este artículo también demuestra que el esquema de diferencia finita de segundo orden que conserva la energía cinética y la varianza escalar en el límite inviscido en simulaciones viscosas predice con precisión el rango de decaimiento exponencial en los espectros de energía cinética turbulenta y varianza escalar unidimensional y tridimensional.

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