USM estudia el comportamiento de flujos turbulentos en gases o l�quidos

USM estudia el comportamiento de flujos turbulentos en gases o l�quidos

Desarrollar m�todos computacionales que ayuden a comprender el comportamiento de flujos turbulentos presentes en las m�s diversas situaciones que involucran el movimiento de gases o l�quidos, es el principal objetivo de la investigaci�n desarrollada por el Departamento de Ingenier�a Mec�nica de la Universidad T�cnica Federico Santa Mar�a.

Seg�n explica Carlos Rosales, profesor de esa Unidad Acad�mica, la turbulencia fluidodin�mica es un problema cl�sico de la f�sica y que a�n no ha podido ser resuelto, y se relaciona con el estado de movimiento aparentemente desordenado, ca�tico e impredecible de cualquier fluido. �Este fen�meno existe en todo tipo de flujos, desde la circulaci�n atmosf�rica global que determina el comportamiento clim�tico, hasta el flujo de sangre en los seres vivos. Y es que cualquier flujo turbulento comprende m�ltiples escalas de espacio y tiempo, que abarcan un rango desde v�rtices de gran tama�o hasta escalas en donde pueda actuar la viscosidad molecular�, destaca.

Dada la generalidad con la que se presentan flujos turbulentos en todo tipo de circunstancias que nos afectan directamente en nuestra vida, es importante que los ingenieros y cient�ficos puedan contar con m�todos para cuantificar y controlar estos efectos. La producci�n de energ�a, los motores de combusti�n interna, la aeron�utica, la industria qu�mica, el estudio de dispersi�n de contaminantes, la meteorolog�a y la medicina, son algunos de los campos que se benefician con la investigaci�n fundamental en turbulencia.

Debido a su complejidad, advierte el experto, �el problema es intratable solo por an�lisis matem�tico, de modo que es preciso recurrir a simulaci�n mediante t�cnicas num�ricas. Aun as�, el car�cter multi-escala del fen�meno, junto con la naturaleza de la interacci�n entre tales escalas, hacen que en la mayor�a de los casos una simulaci�n num�rica directa demande una capacidad de c�mputo abrumadoramente mayor que la del m�s potente supercomputador actual o que se visualice en el futuro�.

Por tal raz�n, agrega, �el an�lisis pr�ctico se realiza introduciendo los denominados modelos de turbulencia. Estos modelos buscan reemplazar los efectos de los rangos de escalas menores por relaciones matem�ticas adicionales, de manera de acotar el problema al rango de escalas mayores, y de ese modo hacerlo computacionalmente tratable�.

Esta investigaci�n se enmarca en este campo y en lo que se denomina turbulencia sint�tica y cont� con el apoyo de Fondecyt, permitiendo extender las capacidades del m�todo de turbulencia sint�tica MTLM (por sus siglas en ingl�s) � desarrollado en conjunto con Charles Meneveau, exalumno de Ingeniera Civil Mec�nica de la USM y profesor de Ingenier�a Mec�nica en la Universidad Johns Hopkins, Estados Unidos- a casos en donde la turbulencia afecta tambi�n a variables como concentraci�n o temperatura.

Estos resultados, divulgados en Physical Review E y en Physics of Fluids, han dado origen a m�s investigaciones, public�ndose recientemente una variante m�s general de este m�todo, desarrollada en colaboraci�n con el profesor Yi Li de la Escuela de Matem�tica de la Universidad de Sheffield (Reino Unido). Por otra parte, un grupo de astrof�sica de la Universidad de Delaware (EE.UU.) ha publicado recientemente en Astrophysical Journal una extensi�n del m�todo MTLM a la turbulencia en plasmas, incorporando los efectos de campos magn�ticos, y mostrando aplicaciones en estudios del viento solar y transporte de rayos c�smicos.

Fuente: DIRECCI�N GENERAL DE COMUNICACIONES / Universidad T�cnica Federico Santa Mar�a - 21/11/2014