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Three-dimensional structure of stratified turbulence

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Estudio de una nueva forma de turbulencia

Los investigadores han obtenido soluciones a problemas importantes relacionados con el flujo turbulento en sistemas estratificados como los océanos y la atmósfera.

Cambio climático y medio ambiente

Recientemente se ha señalado una nueva forma de turbulencia tridimensional (3D) conocida como inestabilidad en zig-zag (ZZI) como causante del desacoplamiento de las capas horizontales en fluidos con estratificación estable, en los cuales la densidad de las capas decrece en sentido vertical. Este tipo de sistemas son comunes tanto en la atmósfera como en los océanos. El proyecto (3DZZI) («Estructura tridimensional de las turbulencias estratificadas»), financiado por la Unión Europea, se llevó a cabo a fin de evaluar la evolución de ZZI en turbulencias forzadas experimentalmente en sistemas estratificados, ya que los estudios anteriores de este fenómeno se habían limitado a flujos convencionales. Los científicos generaron turbulencias estratificadas empleando 12 generadores de vórtices en un tanque con estratificación estable y lineal. Las mediciones de las velocidades confirmaron que el flujo se organiza por sí mismo en láminas horizontales mediante ZZI. Las ZZI pueden inducir la formación de los denominados vórtices bidimensionales o de tipo «pancake» que, a su vez, provocan la formación de inestabilidades secundarias, incluidas las inestabilidades de cizalla y gravitatorias, que todavía no son bien conocidas. Los investigadores estudiaron numéricamente las condiciones del inicio y la evolución de inestabilidades secundarias en función del grosor vertical de los vórtices bidimensionales, lo cual permitió determinar los límites de estabilidad para los parámetros estudiados. Además, para conocer más en detalle la inestabilidad gravitatoria en un vórtice bidimensional, los científicos analizaron la estabilidad de un fluido estratificado de forma lineal e inestable en un cuerpo sólido en rotación. Los resultados se generalizaron para obtener la distribución radial de la velocidad y predecir la inestabilidad dominante. Los resultados de 3DZZI tienen implicaciones importantes en distintos flujos geofísicos en los océanos y en la atmósfera como el transporte vertical de contaminantes sobre las áreas urbanas.

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