Turbulencia Y Vortice

Turbulencia o flujo turbulento es un régimen de caudales que se caracteriza por cambios en las propiedades caóticas y estocásticos. Esto incluye la difusión bajo el impulso de alta convección de impulso, y la rápida variación de la presión y la velocidad en el espacio y el tiempo.

Se denomina estocástico al sistema cuyo comportamiento es intrínsecamente no determinista. Un proceso estocástico es aquel cuyo comportamiento es no determinista, en la medida que el subsiguiente estado del sistema está determinado tanto por las acciones predecibles del proceso como por elementos aleatorios.

La turbulencia es muy caracteriza por los siguientes rasgos:

• Irregularidad: flujos turbulentos son siempre muy irregular. Esto es por qué los problemas de turbulencia siempre se tratan estadísticamente y no determinista. El flujo turbulento es siempre caótico pero no todos los flujos caóticos son turbulento.

• Difusividad: El suministro de energía fácilmente disponible en flujos turbulentos tiende a acelerar la homogeneización de mezclas de fluidos. La característica que es responsable de las tasas de mezcla y el aumento mejoradas de masa, momento y energía en un flujo de transporte se llama "Difusividad".

• Rotationality: los flujos turbulentos tienen vórticidad distinto de cero y se caracterizan por un mecanismo de generación de vórtice tridimensional fuerte conocido como vórtice estiramiento. En dinámica de fluidos, que son esencialmente vórtices sometidos a estiramiento asociado con un aumento correspondiente del componente de la vórticidad en la dirección de estiramiento-debido a la conservación del momento angular

• Disipación: Para mantener el flujo turbulento, se requiere una fuente persistente de suministro de energía debido a la turbulencia se disipa rápidamente a medida que la energía cinética se convierte en energía interna por el estrés de cizallamiento viscoso.

• Energía en cascada: El flujo turbulento se puede realizar como una superposición de un espectro de fluctuaciones de la velocidad y remolinos sobre un flujo medio. Los remolinos se definen en términos generales como patrones coherentes de velocidad, vórticidad y la presión

Ejemplos de turbulencia

• Humo de un cigarrillo es un flujo turbulento. Durante los primeros centímetros, el flujo es laminar duda. Entonces humo se vuelve turbulento a medida que aumenta el número de Reynolds, como su velocidad y longitud característica son tanto cada vez mayor.

• Flujo sobre una pelota de golf. Si la pelota de golf eran lisas, el flujo de la capa límite sobre la parte delantera de la esfera sería laminar en condiciones típicas. Sin embargo, la capa límite se separaría temprano, ya que el gradiente de presión cambia a desfavorable, la creación de una gran región de baja presión detrás de la pelota que crea alta resistencia formulario. Para evitar que esto suceda, la superficie es rugosa para perturbar la capa límite y promover la transición a la turbulencia. Esto se traduce en una mayor fricción de la piel, sino que se mueve el punto de separación de la capa límite más adelante, lo que resulta en una menor resistencia formulario y menor resistencia general.

• La mezcla de aire caliente y frío en la atmósfera por el viento, lo que provoca turbulencias en aire claro experimentado durante el vuelo de avión, así como la mala visión astronómica

• La mayor parte de la circulación de la atmósfera terrestre

• Las capas mixtas oceánicas y atmosféricas y las corrientes oceánicas intensos.

• Las condiciones de flujo en muchos equipos industriales y maquinaria.

• El flujo externo sobre todo tipo de vehículos como coches, aviones, barcos y submarinos.

• Los movimientos de la materia en las atmósferas estelares.

• Un chorro de agotar a partir de una boquilla en un fluido quiescente. A medida que el flujo de emerge en este fluido externo, se crean capas de cizallamiento que se originan en los labios de la boquilla. Estas capas se separan del chorro de movimiento rápido del fluido externo, y en un cierto número de Reynolds crítico se vuelven inestables y se descomponen a la turbulencia.

VÓRTICE

Un vórtice es una región dentro de un fluido, donde el flujo es sobre todo un movimiento de rotación alrededor de un eje imaginario, recta o curva. Ese patrón de movimiento se llama un flujo de vórtice.

Los vórtices se forman en los fluidos agitados, como líquidos, gases y plasmas; son un componente principal de flujo turbulento. En la ausencia de fuerzas externas, la fricción viscosa en el fluido tiende a organizar el flujo en una colección de los denominados vórtices irrotacional. Dentro de un vórtice, la velocidad del fluido es mayor junto al eje imaginario, y disminuye en proporción inversa a la distancia de ella. La vórticidad es muy alta en una región de núcleo que rodea el eje, y casi cero en el resto del vórtice, mientras que la presión cae bruscamente como uno se acerca a esa región.

La vórticidad en un vórtice depende de cómo la velocidad v de las partículas varía a medida que la distancia r desde el eje. Hay dos casos especiales importantes:

• Si el fluido gira como un cuerpo rígido - es decir, si v aumenta proporcionalmente a r - una pequeña bola llevado por el flujo también girar alrededor de su centro como si fuera parte de ese cuerpo rígido. En este caso, es la misma en todas partes: su dirección es paralela al eje de giro, y su magnitud es el doble de la velocidad angular de todo el fluido.

• Si la velocidad v de partículas es inversamente proporcional a la distancia r, entonces la bola de prueba imaginaria no gire sobre sí misma, sino que mantendrá la misma orientación mientras se mueve en un círculo alrededor de la línea de vórtice. En este caso, la vórticidad

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