Dinámica de fluidos computacionalEditar
Son modelos de turbulencia en los que las tensiones de Reynolds, obtenidas a partir de un promedio de Reynolds de las ecuaciones de Navier-Stokes, se modelan mediante una relación constitutiva lineal con el campo de deformación del flujo medio, como:
– ρ ⟨ u i u j ⟩ = 2 μ t S i , j – 2 3 ρ κ δ i , j {\displaystyle -\rho \langle u_{i}u_{j}rangle =2\mu _{t}S_{i,j}-{2 \over 3}\rho \kappa \delta _{i,j}}.
donde
- μ t {{displaystyle \mu _{t}}
es el coeficiente denominado «viscosidad» de la turbulencia (también llamado viscosidad)
- κ = 1 2 ( ⟨ u 1 u 1 ⟩ + ⟨ u 2 u 2 ⟩ + ⟨ u 3 u 3 ⟩ ) {\displaystyle \kappa ={tfrac {1}{2}}(\langle u_{1}u_{1}rangle ++langulo u_{2}u_{2}{rangulo ++langulo u_{3}u_{3}{rangulo )}
es la energía cinética media turbulenta
- S i , j {\displaystyle S_{i,j}}
es la tasa de deformación media
Obsérvese que la inclusión de 2 3 ρ κ δ i , j {\displaystyle {\tfrac {2}{3}\rho \kappa \delta _{i,j}}
en la relación constitutiva lineal es necesaria por motivos de álgebra tensorial cuando se resuelven modelos de turbulencia de dos ecuaciones (o cualquier otro modelo de turbulencia que resuelva una ecuación de transporte para κ {\displaystyle \kappa }
.
HemodinámicaEditar
La hemodinámica es el estudio del flujo sanguíneo en el sistema circulatorio. El flujo sanguíneo en las secciones rectas del árbol arterial es típicamente laminar (tensión de pared alta y dirigida), pero las ramificaciones y curvaturas del sistema provocan un flujo turbulento. El flujo turbulento en el árbol arterial puede causar una serie de efectos preocupantes, como las lesiones ateroscleróticas, la hiperplasia neointimal posquirúrgica, la reestenosis en el stent, el fracaso del injerto de derivación venosa, la vasculopatía del trasplante y la calcificación de la válvula aórtica.
Procesos industriales
Las propiedades de elevación y arrastre de las pelotas de golf se personalizan mediante la manipulación de los hoyuelos a lo largo de la superficie de la pelota, lo que permite que la pelota de golf viaje más lejos y más rápido en el aire. Los datos de los fenómenos de flujo turbulento se han utilizado para modelar diferentes transiciones en los regímenes de flujo de fluidos, que se utilizan para mezclar a fondo los fluidos y aumentar las tasas de reacción dentro de los procesos industriales.
Corrientes de fluidos y control de la contaminaciónEditar
Las corrientes oceánicas y atmosféricas transfieren partículas, desechos y organismos por todo el planeta. Aunque el transporte de organismos, como el fitoplancton, es esencial para la conservación de los ecosistemas, el petróleo y otros contaminantes también se mezclan en el flujo de las corrientes y pueden llevar la contaminación lejos de su origen. Las formaciones de remolinos hacen circular la basura y otros contaminantes hacia zonas concentradas que los investigadores están rastreando para mejorar la limpieza y la prevención de la contaminación. La distribución y el movimiento de los plásticos causados por las formaciones de remolinos en las masas de agua naturales pueden predecirse mediante modelos de transporte lagrangianos. Los remolinos oceánicos de mesoescala desempeñan un papel crucial en la transferencia de calor hacia los polos, así como en el mantenimiento de los gradientes de calor a diferentes profundidades.
Flujos ambientalesEditar
La modelización del desarrollo de los remolinos, en relación con los fenómenos de turbulencia y transporte de destino, es vital para comprender los sistemas ambientales. Al comprender el transporte de partículas y de sólidos disueltos en los flujos ambientales, los científicos e ingenieros podrán formular eficazmente estrategias de remediación para los casos de contaminación. Las formaciones de remolinos desempeñan un papel fundamental en el destino y el transporte de solutos y partículas en los flujos ambientales, como en los ríos, los lagos, los océanos y la atmósfera. El afloramiento en los estuarios costeros estratificados garantiza la formación de remolinos dinámicos que distribuyen los nutrientes desde debajo de la capa límite para formar penachos. Las aguas poco profundas, como las de la costa, desempeñan un papel complejo en el transporte de nutrientes y contaminantes debido a la proximidad del límite superior impulsado por el viento y el límite inferior cerca del fondo de la masa de agua.