La Estructura Asintótica de Flujos Turbulentos Canónicos Limitados por Paredes
Autores: Heinz, Stefan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
La Estructura Asintótica de Flujos Turbulentos Canónicos Limitados por Paredes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos turbulentos
Conclusiones analíticas
Alto número de Reynolds
Flujos limitados por paredes
Velocidad media
Decaimiento de la turbulencia
Licencia
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Nuestra capacidad para predecir de manera confiable y eficiente flujos turbulentos complejos de alto número de Reynolds (Re) es esencial para abordar una gran variedad de problemas de relevancia práctica. Sin embargo, los experimentos, así como los métodos computacionales como la simulación numérica directa (DNS) y la simulación de grandes remolinos (LES), enfrentan serias preguntas sobre su aplicabilidad a flujos turbulentos de alto Re. La opción más prometedora para crear pautas confiables para estudios experimentales y computacionales es el uso de conclusiones analíticas. Un criterio esencial para la confiabilidad de tales conclusiones analíticas es la inclusión de una explicación físicamente plausible del régimen de turbulencia asintótica en Re infinito, en consonancia con los requisitos físicos observados. Se informan aquí resultados analíticos correspondientes a tres flujos turbulentos canónicos limitados por paredes: flujo en canal, flujo en tubería y la capa límite turbulenta de gradiente de presión cero. La estructura asintótica de la velocidad media y las escalas características de velocidad, longitud y tiempo de la turbulencia se determinan analíticamente. En la escala externa, se encuentra una distribución de velocidad media asintótica estable que corresponde a una función de densidad de probabilidad lineal de velocidades medias a lo largo de la dirección normal a la pared, que se modifica a través de efectos de estela. La turbulencia tiende a decaer en este régimen. En la escala interna, la velocidad media está gobernada por una ley logarítmica universal. La turbulencia sobrevive en una capa infinitesimalmente delgada muy cerca de la pared.
Descripción
Nuestra capacidad para predecir de manera confiable y eficiente flujos turbulentos complejos de alto número de Reynolds (Re) es esencial para abordar una gran variedad de problemas de relevancia práctica. Sin embargo, los experimentos, así como los métodos computacionales como la simulación numérica directa (DNS) y la simulación de grandes remolinos (LES), enfrentan serias preguntas sobre su aplicabilidad a flujos turbulentos de alto Re. La opción más prometedora para crear pautas confiables para estudios experimentales y computacionales es el uso de conclusiones analíticas. Un criterio esencial para la confiabilidad de tales conclusiones analíticas es la inclusión de una explicación físicamente plausible del régimen de turbulencia asintótica en Re infinito, en consonancia con los requisitos físicos observados. Se informan aquí resultados analíticos correspondientes a tres flujos turbulentos canónicos limitados por paredes: flujo en canal, flujo en tubería y la capa límite turbulenta de gradiente de presión cero. La estructura asintótica de la velocidad media y las escalas características de velocidad, longitud y tiempo de la turbulencia se determinan analíticamente. En la escala externa, se encuentra una distribución de velocidad media asintótica estable que corresponde a una función de densidad de probabilidad lineal de velocidades medias a lo largo de la dirección normal a la pared, que se modifica a través de efectos de estela. La turbulencia tiende a decaer en este régimen. En la escala interna, la velocidad media está gobernada por una ley logarítmica universal. La turbulencia sobrevive en una capa infinitesimalmente delgada muy cerca de la pared.