La turbulencia en los océanos, en la atmósfera o en la industria, es miles de millones de veces más fuerte que en los experimentos de laboratorio. Simplemente aumentar los resultados de laboratorio no es una opción. Sin embargo, en teoría, existe un régimen de turbulencia en el que se aplican las leyes de escala. Investigadoresde la Universidad de Twente lograron alcanzar este "último régimen asintótico" de turbulencia, al introducir aspereza en la superficie en la que fluye el líquido turbulento. Presentan sus hallazgos en Nature Physics del 12 de febrero.
Una mejor comprensión de la turbulencia es uno de los grandes desafíos de la física. La turbulencia está en todas partes: en procesos industriales, en la atmósfera, en flujos alrededor de barcos o aviones. Los números de Reynolds, la medida de la fuerza de la turbulencia, puedenen el laboratorio, son mucho más pequeños que en los procesos de la vida real. Al medir el flujo de calor en el laboratorio a una turbulencia más débil, los valores no pueden simplemente extrapolarse a los números más altos de Reynolds en la naturaleza o la industria., una teoría bien conocida que nos dice más sobre los números de Reynolds que son infinitamente altos. Esta es una teoría que se remonta a 1962, y que condujo a numerosas discusiones desde entonces. Según esta teoría de Robert Kraichnan , quien fue el último asistente de Albert Einstein, existe un "régimen definitivo asintótico". En este régimen, es posible la ampliación. Aún mejor: el régimen ahora se puede alcanzar con los números de Reynolds que se pueden lograr en el laboratorio. Este es unNuevo e indispensable vínculo entre la teoría y la práctica.
capa límite
Los científicos, del grupo de Física de Fluidos del Prof Detlef Lohse, logran hacerlo, al introducir rugosidad en la superficie. El flujo de fluido en la superficie se altera de esta manera. Para medir el flujo turbulento, el grupo tiene su 'Configuración Twente Turbulent Taylor-Couette ', en la que se puede generar un flujo turbulento entre dos cilindros que giran independientemente el uno del otro. El flujo cerca de la pared es muy interesante: en números Reynolds más bajos, el flujo es turbulento, excepto para la capa límite, dondetodavía es laminar. Moviéndose hacia números más altos de Reynolds, el flujo en su conjunto será turbulento. Al introducir costillas a la superficie, el flujo en la pared cambia drásticamente y se crea una situación que normalmente solo ocurriría con una turbulencia mucho más fuerte. Simulaciones, porEl estudiante de doctorado Xiajue Zhu, y los experimentos de su colega Rubén Verschoof, son complementarios en esto. La ventaja de las simulaciones es que obtienes información detallada de la velocidad de flujo en cualquier punto dado, mientras que expeSe pueden hacer rumes con números Reynolds más altos.
Potente
Este paso decisivo es el resultado de años de simulación y experimentos. La simulación de un flujo turbulento requiere una gran potencia informática. Una simulación en una sola computadora llevaría 10 millones de horas o 1140 años. Por lo tanto, los investigadores utilizaron supercomputadoras en toda Europa, por lo que 2000 procesadores podríanhaga el trabajo en paralelo. Los experimentos son igualmente exigentes y al límite: la configuración Taylor-Couette, que es la máquina más grande y avanzada de su tipo, tiene motores que consumen 20 kilovatios de energía, mientras que 20 kW adicionales sonnecesario para enfriar la configuración.
La investigación presentada en Nature Physics, fue posible gracias al Centro Holandés para la Conversión de Energía Catalítica Multiescala MCEC, un programa de investigación de diez años en el que participa el grupo de Física de Fluidos, y por la Organización Holandesa para la Investigación Científica NWO.
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Materiales proporcionado por Universidad de Twente . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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