Turbulencia sintética mediante una aproximación de gas de instantones

Área de la Ciencia:

• Dinámica de fluidos
• Física computacional
• Mecánica estadística

Sus antecedentes:

• Las simulaciones numéricas directas (DNS) de la turbulencia son computacionalmente costosas.
• Se necesitan campos turbulentos sintéticos precisos para modelar las estadísticas Euleriana y Lagrangiana.
• Los modelos existentes a menudo no logran representar las estructuras coherentes cruciales para la turbulencia.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un método sistemático basado en estructuras coherentes para el muestreo de campos aleatorios sintéticos.
• Proporcionar un sustituto computacionalmente tratable para la DNS.
• Mejorar la comprensión física de los flujos turbulentos.

Principales métodos:

• Proponer un método basado en una superposición de configuraciones de instantones (gas de instantones).
• Discutir estrategias de muestreo para conjuntos de instantones (con/sin interacciones, incluidas fluctuaciones).
• Evaluar numéricamente las estadísticas Euleriana y Lagrangiana.

Principales resultados:

• El método del gas de instantones reproduce con precisión las estadísticas Euleriana y Lagrangiana de orden superior.
• Incluso un conjunto simple de instantones no interactuantes sin fluctuaciones coincide estrechamente con los resultados de la DNS para la turbulencia de Burgers 1D.
• El método demuestra un rendimiento superior en comparación con los modelos de cascada gaussianos y log-normales.

Conclusiones:

• El método propuesto de gas de instantones basado en estructuras coherentes es una herramienta poderosa para generar campos turbulentos sintéticos realistas.
• Este enfoque ofrece una alternativa computacionalmente eficiente a la DNS para el estudio de la turbulencia.
• El método muestra potencial para la extensión a flujos turbulentos complejos como la magnetohidrodinámica.