Un Modelo Estadístico de Flujo Turbulento y Dispersión Basado en Principios Generales de la Física
Autores: Brouwers, J. J. H.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un Modelo Estadístico de Flujo Turbulento y Dispersión Basado en Principios Generales de la Física
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo turbulento
Dispersión
Ecuaciones de conservación
Física estadística
Turbulencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La forma tradicional de modelar las estadísticas del flujo turbulento y la dispersión es a través de ecuaciones de conservación promediadas, en las que los términos de transporte turbulento se describen mediante expresiones semi-empíricas. Un nuevo desarrollo ha sido reportado por Brouwers en una serie de artículos consecutivos publicados en los últimos 15 años. El nuevo desarrollo es que las descripciones presentadas se pueden obtener mediante la aplicación de principios fundamentales de la física estadística y haciendo uso de la estructura asintótica de la turbulencia a un alto número de Reynolds. Ya no dependen de construcciones empíricas, minimizan factores de calibración y no están limitadas a situaciones de flujo específicas. Este artículo actualiza el contenido de estos trabajos y los presenta de manera coherente. Las primeras derivaciones se presentan como expresiones para la difusión turbulenta. Estas se implementan posteriormente en un conjunto cerrado de ecuaciones que expresan la conservación del momento medio, la energía fluctuante media y la tasa de disipación de energía. Se muestra que las predicciones de estas ecuaciones comparan favorablemente con los resultados de simulaciones numéricas directas (DNS) de las ecuaciones de Navier-Stokes de flujo de canal altamente anisotrópico e inhomogéneo. Las ecuaciones del modelo presentadas proporcionan una base sólida para calcular los principales parámetros estadísticos del flujo turbulento y la dispersión en la praxis de la ingeniería y el análisis ambiental.
Descripción
La forma tradicional de modelar las estadísticas del flujo turbulento y la dispersión es a través de ecuaciones de conservación promediadas, en las que los términos de transporte turbulento se describen mediante expresiones semi-empíricas. Un nuevo desarrollo ha sido reportado por Brouwers en una serie de artículos consecutivos publicados en los últimos 15 años. El nuevo desarrollo es que las descripciones presentadas se pueden obtener mediante la aplicación de principios fundamentales de la física estadística y haciendo uso de la estructura asintótica de la turbulencia a un alto número de Reynolds. Ya no dependen de construcciones empíricas, minimizan factores de calibración y no están limitadas a situaciones de flujo específicas. Este artículo actualiza el contenido de estos trabajos y los presenta de manera coherente. Las primeras derivaciones se presentan como expresiones para la difusión turbulenta. Estas se implementan posteriormente en un conjunto cerrado de ecuaciones que expresan la conservación del momento medio, la energía fluctuante media y la tasa de disipación de energía. Se muestra que las predicciones de estas ecuaciones comparan favorablemente con los resultados de simulaciones numéricas directas (DNS) de las ecuaciones de Navier-Stokes de flujo de canal altamente anisotrópico e inhomogéneo. Las ecuaciones del modelo presentadas proporcionan una base sólida para calcular los principales parámetros estadísticos del flujo turbulento y la dispersión en la praxis de la ingeniería y el análisis ambiental.