Dinámica de Turbulencia Promedio a partir de una Teoría Cinética de Un Parámetro
Autores: Chen, Hudong; Staroselsky, Ilya; Sreenivasan, Katepalli R.; Yakhot, Victor
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Dinámicas turbulentas
Teoría cinética
Tiempo de relajación
Hidrodinámica de Navier-Stokes
Energía cinética turbulenta
No gaussianidad
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Mostramos teóricamente que la dinámica turbulenta media puede ser descrita por una representación de teoría cinética con un único tiempo de relajación libre que depende del espacio y del tiempo. Se construye una ecuación cinética adecuada a partir de la ecuación cinética tipo Klimontovich para elementos de fluido, que satisface exactamente la hidrodinámica de Navier-Stokes. En una forma adecuadamente promediada, la energía cinética turbulenta juega el papel de temperatura en la termodinámica molecular estándar. Mostramos que la dinámica de las fluctuaciones turbulentas se asemeja a un proceso de colisión que asintóticamente impulsa la distribución media hacia una forma de equilibrio gaussiano (Maxwell-Boltzmann). La no-gaussianidad surge directamente de los efectos de corte no equilibrados. El presente marco supera el problema de la mayoría de los modelos de turbulencia convencionales y marcos teóricos que surgen de la falta de separación de escalas entre las escalas media y fluctuante de la ecuación de Navier-Stokes con un término de viscosidad de remolino. Un flujo turbulento promediado en el presente marco se comporta más como un flujo de número de Knudsen finito con tiempo de relajación finito, y por lo tanto se describe de manera más adecuada en una representación de teoría cinética.
Descripción
Mostramos teóricamente que la dinámica turbulenta media puede ser descrita por una representación de teoría cinética con un único tiempo de relajación libre que depende del espacio y del tiempo. Se construye una ecuación cinética adecuada a partir de la ecuación cinética tipo Klimontovich para elementos de fluido, que satisface exactamente la hidrodinámica de Navier-Stokes. En una forma adecuadamente promediada, la energía cinética turbulenta juega el papel de temperatura en la termodinámica molecular estándar. Mostramos que la dinámica de las fluctuaciones turbulentas se asemeja a un proceso de colisión que asintóticamente impulsa la distribución media hacia una forma de equilibrio gaussiano (Maxwell-Boltzmann). La no-gaussianidad surge directamente de los efectos de corte no equilibrados. El presente marco supera el problema de la mayoría de los modelos de turbulencia convencionales y marcos teóricos que surgen de la falta de separación de escalas entre las escalas media y fluctuante de la ecuación de Navier-Stokes con un término de viscosidad de remolino. Un flujo turbulento promediado en el presente marco se comporta más como un flujo de número de Knudsen finito con tiempo de relajación finito, y por lo tanto se describe de manera más adecuada en una representación de teoría cinética.