Del flujo laminar al turbulento
En los fluidos calentados volumétricamente el calor puede proceder de reacciones químicas o bioquímicas, de un cambio de fase o de la desintegración radioactiva. El calentamiento volumétrico es el mecanismo que se halla detrás de la convección en las nubes y de los efectos sobre los patrones climáticos. Es también el responsable del transporte de la humedad en invernaderos y de su efecto sobre el clima y el crecimiento vegetal. A nivel industrial se halla presente en una serie de procesos en reactores nucleares, entre ellos la extracción del calor residual y la convección de un núcleo fundido. Muchos modelos de dinámica de fluidos computacional (DFC) se centran en el régimen turbulento completamente desarrollado. El propósito del proyecto T2T-VHF (Transition to turbulence of volumetrically heated flows), financiado por la UE, ha sido desarrollar modelos matemáticos que capturen la transición del flujo laminar uniforme al flujo caótico del régimen turbulento. En concreto, el equipo científico ha estudiado el comportamiento bifurcado precaótico en soluciones en equilibrio fuertemente no lineales de flujos no compresibles calentados volumétricamente (VHSF) en un canal largo. Esos modelos permitirán diseñar la manera de controlar dicha transición y, una vez unificados con los modelos de flujo turbulento, proporcionarán una perspectiva exhaustiva del flujo en toda su evolución. La transición al régimen turbulento en los VHSF se ha modelizado usando el análisis espectral de estabilidad y la DFC (por métodos de volúmenes finitos). En el primer caso resulta fácil y rápido identificar los estados estable e inestable del flujo, pero es necesario representar con sumo cuidado la geometría que se esté considerando, lo cual puede ser bastante complicado. El objetivo ha sido crear un conjunto de herramientas que facilite el ajuste del código de elementos finitos de manera que se puedan modelizar estados de flujos con geometrías más complejas, actualmente imposibles con el método espectral. El equipo científico se ha centrado en el espacio de estado complejo hallado mediante el análisis espectral de estabilidad aplicado a condiciones de gradientes constantes de presión. Ello les ha permitido comprender claramente el espacio de estado en la transición de conducción laminar a convección turbulenta a flujo ondeante coherente inestable. Los resultados de los modelos armonizan ampliamente con los datos experimentales publicados. La labor de este proyecto se ha presentado en diversas conferencias y convenciones, así como en publicaciones científicas arbitradas. Cabe esperar que los modelos avanzados que describen la transición de flujo laminar a turbulento de VHSF en un canal largo amplíen la capacidad funcional de las descripciones existentes. Podrían ser aplicables a numerosos campos, desde los patrones climáticos hasta la energía nuclear.
