Mejora de las descripciones del flujo turbulento
La mayoría de los flujos de fluidos, incluidos los de líquidos y gases, son turbulentos. Cambian continuamente de velocidad y dirección en lugar de seguir rutas o capas suaves como sucede con el flujo laminar. A pesar de su universalidad y relevancia para muchos campos, la descripción completa y precisa de la evolución desde el flujo laminar al turbulento (bifurcaciones jerárquicas) sigue siendo uno de los principales temas abiertos en la ciencia actual. El grupo de científicos financiado por la Unión Europea que trabaja en el proyecto T2T-VDG (Transition to turbulence in ventilated double glazing) ha desarrollado nuevas técnicas numéricas para identificar con gran precisión las transiciones hacia las turbulencias. Los métodos convencionales se han basado en enfoques estadísticos (ecuaciones de Navier-Stokes) en los que se utilizan los promedios en el tiempo de las propiedades del flujo de los fluidos. Recientemente, se obtuvieron soluciones coherentes y aplicables universalmente mediante un método basado en ecuaciones diferenciales no lineales. La secuencia de las bifurcaciones, o enfoque determinista, exige no realizar ninguna asunción a priori ni conocimiento empírico previo (esto es, se basa en principios fundamentales). Los científicos combinaron este enfoque con el análisis de estabilidad basado, esencialmente, en obtener balances dinámicos mediante ecuaciones de Navier-Stokes sobre marcos del flujo del fluido en movimiento. El análisis de estabilidad subsiguiente es exclusivo del software de computación de T2T-VDG. Mediante la unificación de distintos métodos matemáticos, los nuevos métodos reproducen la transición del flujo de cortadura a las turbulencias y facilitan la definición del control avanzado de estas transiciones. La base del enfoque de la secuencia de bifurcaciones es un análisis de la transición a las turbulencias mediante bifurcaciones jerárquicas. Determina las bifurcaciones mediante sus propiedades de ruptura de la simetría, de modo que la primera bifurcación surge de la inestabilidad del estado primario homogéneo. Dentro del ámbito del proyecto, los investigadores aplicaron los métodos para identificar posibles puntos de bifurcación del flujo terciario y la estabilidad de dicho flujo terciario con el fin de identificar puntos de bifurcación cuaternarios y de orden superior. La caja de herramientas utiliza métodos numéricos simplificados alternativos para obtener las bifurcaciones de mayor orden con el fin de ahorrar tiempo de cálculo sin sacrificar precisión. En conjunto, el equipo de investigación creó una herramienta de software para identificar el árbol de bifurcaciones de transición del flujo laminar al turbulento asociado a geometrías complejas. La solución, aplicable universalmente, será de gran valor para la industria europea y para el desarrollo científico en todo el mundo.
Palabras clave
Flujo turbulento, caja de herramientas computacional, flujo laminar, bifurcaciones, turbulencia, doble vidriado
