Un nuevo sistema para controlar las características de las turbulencias
Según un reciente artículo publicado en Nature Physics, investigadores de la Universidad de Chicago han logrado avances sustanciales en la gestión y el control de la turbulencia, un complicado método caracterizado por fluctuaciones caóticas de la velocidad y la presión del flujo. El equipo ideó una técnica revolucionaria para resolver el viejo problema de producir una mancha turbulenta aislada en un entorno tranquilo.
Los investigadores del equipo de Takumi Matsuzawa y William Irvine querían controlar con precisión las características de la turbulencia y confinarlas en un área concreta. Esta innovación ha creado nuevas oportunidades para realizar estudios experimentales que antes eran difíciles de llevar a cabo. Los investigadores en física pueden ahora estudiar la dinámica y el comportamiento de la turbulencia de formas que antes resultaban impracticables produciendo con éxito una mancha aislada de turbulencia.
Comprensión del movimiento de las cantidades conservadas
La interacción de los flujos turbulentos y no turbulentos en su interfaz es una de las principales cuestiones que los investigadores quieren resolver. Entender el desplazamiento de las magnitudes conservadas, como la energía y el impulso, a través de esta interfaz puede aportar información sobre las propiedades fundamentales de la turbulencia. La aparición de varios tipos de turbulencia que dependen de las combinaciones de cantidades conservadas también interesa a los estudiosos.
Como fundamento de la estrategia de los investigadores sirvió el concepto de remolinos, que son movimientos giratorios dentro de un fluido que divergen de su flujo normal. Estos remolinos suelen compararse con corrientes turbulentas o vórtices.
Los investigadores ensamblan los remolinos de uno en uno para crear turbulencias, como si construyeran con Legos. En los estudios, los remolinos se representaron como vórtices o, más exactamente, como anillos de humo. Es posible que los anillos de vórtice se muevan de forma autónoma y sin verse afectados significativamente por los límites del material.
La Experiencia de Matsuzawa sobre la turbulencia
Matsuzawa disparó conjuntos de ocho anillos de vórtice a un depósito lleno de líquido desde sus ocho esquinas para producir la mancha solitaria de turbulencia. Debido a las reconexiones de los vórtices, cuando se dispara un solo conjunto de anillos de vórtice, éstos suelen separarse y desviarse. Sin embargo, los científicos consiguieron crear un estado restringido de turbulencia y aislarlo eficazmente del flujo circundante disparando repetidamente los conjuntos de anillos de vórtice.
Según las características de los distintos anillos de vórtices, se crea una burbuja turbulenta. Los radios de los círculos controlan el tamaño de la burbuja, mientras que la energía transportada por la tripulación controla la gravedad de la turbulencia interior.
Según los investigadores, la fusión de bucles helicoidales podría incorporar a la turbulencia otras características conservadas, como el impulso angular y la helicidad, lo que podría permitir comprender mejor su dinámica.
Mediante estas innovadoras ideas de diseño, la turbulencia puede ahora localizarse, posicionarse y controlarse, lo que proporciona a los investigadores una herramienta inestimable para comprender sus principios subyacentes. La posibilidad de controlar y estudiar la turbulencia en un entorno de laboratorio controlado hace posible la investigación de su evolución, degradación y memoria.
El objetivo de los especialistas
Sus objetivos son conocer cómo surge la turbulencia de manera natural y cómo conserva propiedades específicas a pesar de las alteraciones de sus estructuras vorticales originales mediante el ajuste de la entrada y la fusión de diversos bucles de vórtice.
Resumiendo, la investigación más reciente de los científicos de la Universidad de Chicago constituye un importante avance en el estudio de la turbulencia. El método que han utilizado para aislar una mancha de turbulencia en un entorno tranquilo posibilita futuras indagaciones que podrían responder a preguntas abiertas sobre la naturaleza y el comportamiento de la turbulencia.
La posibilidad de regular y alterar experimentalmente la turbulencia permitirá investigar y comprender mejor este complejo fenómeno.
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