Crédito:Imperial College London
Las simulaciones avanzadas han resuelto un problema en el flujo de fluidos turbulentos que podría conducir a turbinas y motores más eficientes.
Cuando un fluido como agua o aire, fluye lo suficientemente rápido, experimentará turbulencia, cambios aparentemente aleatorios en la velocidad y la presión dentro del fluido.
La turbulencia es extremadamente difícil de estudiar, pero es importante para muchos campos de la ingeniería, como el flujo de aire que pasa por turbinas eólicas o motores a reacción. Comprender mejor la turbulencia permitiría a los ingenieros diseñar álabes de turbina más eficientes, por ejemplo, o hacer formas más aerodinámicas para los coches de Fórmula 1.
Sin embargo, Los modelos de turbulencia de ingeniería actuales a menudo se basan en relaciones 'empíricas' basadas en observaciones previas de turbulencia para predecir lo que sucederá. en lugar de una comprensión completa de la física subyacente.
Esto se debe a que la física subyacente es inmensamente complicada, dejando muchas preguntas que parecen simples sin resolver.
Ahora, investigadores del Imperial College de Londres han utilizado supercomputadoras, ejecutar simulaciones en procesadores gráficos desarrollados originalmente para juegos, para resolver una pregunta de larga data en turbulencia.
Encontrar la solucion
Su resultado, publicado hoy en el Revista de mecánica de fluidos , significa que se pueden probar modelos empíricos y se pueden crear nuevos modelos, conduciendo a diseños más óptimos en ingeniería.
Dr. Peter Vincent con una de las simulaciones de flujo. Crédito:Imperial College London
Coautor Dr. Peter Vincent, del Departamento de Aeronáutica de Imperial, dijo:"Ahora tenemos una solución para un importante problema de flujo fundamental. Esto significa que podemos comparar modelos empíricos de turbulencia con la respuesta 'correcta', para ver qué tan bien describen lo que realmente sucede, o si necesitan un ajuste ".
La pregunta es bastante simple:si un fluido turbulento fluye en un canal y se perturba, ¿Cómo se disipa esa perturbación en el fluido? Por ejemplo, si el agua se libera repentinamente de una presa a un río y luego se corta, ¿Qué efecto tendría ese pulso de agua de la presa en el flujo del río?
Para determinar el comportamiento 'promedio' general de la respuesta del fluido, el equipo necesitaba simular la miríada de respuestas más pequeñas dentro del fluido. Utilizaron supercomputadoras para ejecutar miles de simulaciones de flujo turbulento, cada uno requiere miles de millones de cálculos para completar.
Usando estas simulaciones, pudieron determinar los parámetros exactos que describen cómo la perturbación se disipa en el flujo y determinaron varios requisitos que deben satisfacer los modelos empíricos de turbulencia.
El coautor, el profesor Sergei Chernyshenko, del Departamento de Aeronáutica de Imperial, dijo:"Desde mis primeros días estudiando mecánica de fluidos tuve algunas preguntas fundamentales de las que quería saber las respuestas. Esta fue una de ellas, y ahora, después de 40 años, tengo la respuesta ".
