Obliczeniowa dynamika płynówEdit
Są to modele turbulencji, w których naprężenia Reynoldsa, otrzymane z uśrednienia równań Naviera-Stokesa metodą Reynoldsa, są modelowane liniową zależnością konstytutywną ze średnim polem odkształcenia przepływu, jako:
– ρ ⟨ u i u j ⟩ = 2 μ t S i , j – 2 3 ρ κ δ i , j {{displaystyle – ἀrho ἀlangle u_{i}u_{j} ἀrangle =2 ἀmu _{t}S_{i,j}-{2 ἀover 3} ἀrho ἀkappa ἀdelta _{i,j}}.
where
- μ t {{displaystyle \u _{t}}
jest współczynnikiem określanym jako „lepkość” turbulencji (zwana również lepkością wirową) lepkość wiroprądowa)
- κ = 1 2 ( ⟨ u 1 u 1 ⟩ + ⟨ u 2 u 2 ⟩ + ⟨ u 3 u 3 ⟩ ) {displaystyle ⟨ ={tfrac {1}{2}}}(⟨ u 1 u 1 ⟩ + ⟨ u 3 u 3 ⟩ ) +{langle u_{2}u_{2}}}rangle +{langle u_{3}u_{3}}}rangle )}
jest średnią turbulentną energią kinetyczną
- S i , j {{displaystyle S_{i,j}}
jest średnią prędkością odkształcania
Zauważmy, że włączenie 2 3 ρ κ δ i , j {displaystyle {{tfrac {2}{3}}}rho \\\u00↩kappa \u00↩delta _{i,j}}
w liniowej relacji konstytutywnej jest wymagany ze względu na algebrę tensorową podczas rozwiązywania dwuwykładnikowych modeli turbulencji (lub jakiegokolwiek innego modelu turbulencji, który rozwiązuje równanie transportu dla κ {{displaystyle \kappa }}
.
HemodynamikaEdit
Hemodynamika to nauka o przepływie krwi w układzie krążenia. Przepływ krwi w prostych odcinkach drzewa tętniczego jest zazwyczaj laminarny (wysokie, ukierunkowane naprężenia w ścianie), ale rozgałęzienia i zakrzywienia układu powodują przepływ turbulentny. Przepływ turbulentny w drzewie tętniczym może powodować szereg niepokojących zjawisk, w tym zmiany miażdżycowe, pooperacyjną hiperplazję neointimy, restenozę w stencie, niewydolność pomostów aortalno-żylnych, waskulopatię po przeszczepach i zwapnienie zastawki aortalnej.
Procesy przemysłoweEdit
Właściwości unoszenia i oporu powietrza piłek golfowych są dostosowywane poprzez manipulację wgłębieniami wzdłuż powierzchni piłki, pozwalając piłce golfowej podróżować dalej i szybciej w powietrzu. Dane ze zjawisk przepływu turbulentnego zostały wykorzystane do modelowania różnych przejść w reżimach przepływu płynów, które są używane do dokładnego mieszania płynów i zwiększania szybkości reakcji w procesach przemysłowych.
Prądy płynowe i kontrola zanieczyszczeńEdit
Prądy oceaniczne i atmosferyczne przenoszą cząstki, gruz i organizmy na całym świecie. Podczas gdy transport organizmów, takich jak fitoplankton, jest niezbędny dla zachowania ekosystemów, ropa naftowa i inne zanieczyszczenia są również mieszane z prądami i mogą przenosić zanieczyszczenia daleko od miejsca ich powstania. Formacje wirowe przemieszczają śmieci i inne zanieczyszczenia do skoncentrowanych obszarów, które badacze śledzą w celu poprawy oczyszczania i zapobiegania zanieczyszczeniom. Rozmieszczenie i ruch tworzyw sztucznych spowodowany przez formacje wirowe w naturalnych zbiornikach wodnych można przewidzieć za pomocą modeli transportu Lagrangiana. Mezoskalowe wiry oceaniczne odgrywają kluczową rolę w przenoszeniu ciepła w kierunku biegunowym, jak również w utrzymywaniu gradientów ciepła na różnych głębokościach.
Przepływy środowiskoweEdit
Modelowanie rozwoju wirów, jak to odnosi się do turbulencji i zjawisk transportu losowego, jest istotne w zrozumieniu systemów środowiskowych. Poprzez zrozumienie transportu zarówno cząstek stałych, jak i rozpuszczonych substancji stałych w przepływach środowiskowych, naukowcy i inżynierowie będą w stanie skutecznie formułować strategie remediacji w przypadku wystąpienia zanieczyszczeń. Formacje wirowe odgrywają istotną rolę w losach i transporcie cząstek stałych i cząsteczek w przepływach środowiskowych, takich jak w rzekach, jeziorach, oceanach i atmosferze. Upwelling w uwarstwionych estuariach przybrzeżnych gwarantuje powstawanie dynamicznych wirów, które rozprowadzają składniki odżywcze spod warstwy granicznej, tworząc smugi. Płytkie wody, takie jak te wzdłuż wybrzeża, odgrywają złożoną rolę w transporcie składników odżywczych i zanieczyszczeń ze względu na bliskość górnej granicy napędzanej przez wiatr i dolnej granicy w pobliżu dna zbiornika wodnego.