Turbulencia a través del Potencial Intermolecular: Viscosidad y Rango de Transición del Número de Reynolds
Autores: Abramov, Rafail V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Turbulencia a través del Potencial Intermolecular: Viscosidad y Rango de Transición del Número de Reynolds
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Turbulencia
Fluidos
Flujo laminar
Dinámica caótica
Número de Reynolds
Energía cinética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
La turbulencia en los fluidos es un fenómeno ubicuo, caracterizado por la transición espontánea de un flujo laminar suave a dinámicas caóticas que cambian rápidamente. En 1883, Reynolds demostró experimentalmente que, en un flujo de agua inicialmente laminar, los movimientos turbulentos emergen sin ninguna perturbación externa medible. Hasta el día de hoy, la turbulencia sigue siendo un fenómeno importante no resuelto en la mecánica de fluidos; en particular, falta un modelo matemático donde las dinámicas turbulentas emerjan naturalmente de un flujo laminar. Recientemente, propusimos una nueva teoría de la turbulencia en gases, según la cual los movimientos turbulentos se crean en un flujo de gas inercial por el efecto de campo medio del potencial intermolecular. En el trabajo actual, investigamos el efecto de la viscosidad en nuestro modelo de turbulencia simulando numéricamente el flujo de aire en condiciones normales en una tubería recta para diferentes valores del número de Reynolds. Encontramos que la transición entre el flujo laminar y turbulento en nuestro modelo ocurre, sin perturbaciones deliberadas, a medida que el número de Reynolds aumenta de 2000 a 4000. A medida que el flujo simulado se vuelve turbulento, la tasa de decaimiento del espectro de Fourier promediado en el tiempo de la energía cinética en nuestro modelo se aproxima a la ley inversa de cinco tercios de Kolmogorov. Ambos resultados son consistentes con experimentos y observaciones.
Descripción
La turbulencia en los fluidos es un fenómeno ubicuo, caracterizado por la transición espontánea de un flujo laminar suave a dinámicas caóticas que cambian rápidamente. En 1883, Reynolds demostró experimentalmente que, en un flujo de agua inicialmente laminar, los movimientos turbulentos emergen sin ninguna perturbación externa medible. Hasta el día de hoy, la turbulencia sigue siendo un fenómeno importante no resuelto en la mecánica de fluidos; en particular, falta un modelo matemático donde las dinámicas turbulentas emerjan naturalmente de un flujo laminar. Recientemente, propusimos una nueva teoría de la turbulencia en gases, según la cual los movimientos turbulentos se crean en un flujo de gas inercial por el efecto de campo medio del potencial intermolecular. En el trabajo actual, investigamos el efecto de la viscosidad en nuestro modelo de turbulencia simulando numéricamente el flujo de aire en condiciones normales en una tubería recta para diferentes valores del número de Reynolds. Encontramos que la transición entre el flujo laminar y turbulento en nuestro modelo ocurre, sin perturbaciones deliberadas, a medida que el número de Reynolds aumenta de 2000 a 4000. A medida que el flujo simulado se vuelve turbulento, la tasa de decaimiento del espectro de Fourier promediado en el tiempo de la energía cinética en nuestro modelo se aproxima a la ley inversa de cinco tercios de Kolmogorov. Ambos resultados son consistentes con experimentos y observaciones.