Turbulencia en los océanos, en la atmósfera o en la industria es miles de millones de veces más fuerte que en los experimentos de laboratorio. Simplemente escalar los resultados del laboratorio no es una opción. Teóricamente sin embargo, existe un régimen de turbulencia en el que se aplican las leyes de escalado. Investigadores de la Universidad de Twente lograron alcanzar este 'régimen final asintótico' de turbulencia al introducir rugosidad en la superficie en la que fluye el líquido turbulento. Presentan sus hallazgos en Física de la naturaleza del 12 de febrero.

Una mejor comprensión de las turbulencias es uno de los grandes desafíos de la física. La turbulencia se encuentra en los procesos industriales, la atmósfera, y en flujos alrededor de barcos o aviones. Números de Reynolds, que miden la fuerza de la turbulencia, no se puede lograr en el laboratorio a una escala realista, y son mucho más bajos que en los procesos de la vida real. Al medir el flujo de calor en el laboratorio con turbulencias más débiles, los valores no pueden simplemente extrapolarse a los números de Reynolds más altos en la naturaleza o la industria. Hay, sin embargo, una teoría bien conocida que revela más sobre números de Reynolds infinitamente altos. Se remonta a 1962. Según esta teoría de Robert Kraichnan, quien fue el último asistente de Albert Einstein, hay un "régimen último asintótico". En este régimen, la ampliación es posible. Aun mejor, ahora se puede alcanzar el régimen con los bajos números de Reynolds que se pueden lograr en el laboratorio. Este es un vínculo nuevo e indispensable entre la teoría y la práctica.

Capa límite

Los científicos del grupo de Física de Fluidos del Prof. Detlef Lohse alteraron el flujo de fluido en la superficie introduciendo rugosidad. Para medir flujo turbulento, el grupo creó una configuración llamada Twente Turbulent Taylor-Couette, en el que se podría generar un flujo turbulento entre dos cilindros que giran independientemente uno del otro. En números de Reynolds más bajos, el flujo cerca de la pared es turbulento a excepción de la capa límite, donde todavía es laminar. Avanzando hacia números de Reynolds más altos, el flujo en su conjunto será turbulento. Con la introducción de nervaduras a la superficie, el flujo en la pared cambia drásticamente, creando condiciones que normalmente solo ocurrirían en turbulencias mucho más fuertes. Simulaciones por Ph.D. el estudiante Xiajue Zhu y los experimentos de su colega Ruben Verschoof son complementarios en esto. La ventaja de las simulaciones es que obtiene información detallada de la velocidad del flujo en cualquier punto dado, mientras que los experimentos se pueden realizar con números de Reynolds más altos.

Este es el resultado de años de simulación y experimentos. Simular un flujo turbulento requiere una gran potencia informática. Una simulación en una sola computadora tomaría 10 millones de horas o 1140 años. Por lo tanto, los investigadores utilizaron supercomputadoras en toda Europa, utilizando 2000 procesadores en paralelo. Los experimentos son igualmente exigentes y están al límite:la configuración de Taylor-Couette, que es la máquina más grande y avanzada de su tipo, tiene motores que consumen 20 kilovatios de energía, mientras que se necesitan 20 kW adicionales para enfriar la configuración.