Aceleraciones de partículas de fluidos en una turbulencia completamente desarrollada

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos La dinámica de fluidos.
• Investigación de la turbulencia en la investigación de la turbulencia.
• Física estadística de las estadísticas.

Sus antecedentes:

• El movimiento de las partículas en flujos turbulentos es crucial para el transporte y la mezcla.
• La comprensión de la aceleración de partículas de fluidos es clave para validar teorías de turbulencia como la escala de Kolmogorov de 1941.
• Estudios anteriores se enfrentaron a desafíos para medir con precisión las aceleraciones de partículas.

Objetivo del estudio:

• Para investigar experimentalmente las aceleraciones de partículas de fluidos en flujo turbulento.
• Para probar la predicción de Heisenberg-Yaglom basada en la teoría de Kolmogorov.
• Para cuantificar la intermitencia y la escala de las aceleraciones de partículas.

Principales métodos:

• Utilizó un detector adaptado de la física de altas energías para rastrear partículas.
• Realizó experimentos en un laboratorio de flujo de agua.
• Logró números de Reynolds de hasta 63.000.

Principales resultados:

• Escalado de Kolmogorov observado de la varianza de aceleración a altos números de Reynolds, dentro del error experimental.
• Se encontró que las aceleraciones de partículas son muy intermitentes, con picos de hasta 1.500 veces la gravedad.
• Se observó que los datos de aceleración reflejan la anisotropía del flujo a gran escala en todos los números de Reynolds probados.

Conclusiones:

• Los resultados experimentales apoyan la teoría de escala de Kolmogorov para las aceleraciones de partículas de fluidos en turbulencia.
• La extrema intermitencia de la aceleración pone de relieve una característica clave de los flujos turbulentos.
• La anisotropía del flujo a gran escala influye en la aceleración de partículas en todas las escalas estudiadas.