Flujo turbulento

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El movimiento arremolinado aleatorio de los grupos de partículas se semeja al movimiento aleatorio de las moléculas en un gas, que chocan entre sí después de recorrer una cierta distancia e intercambian cantidad de movimiento y calor en el proceso. Por lo tanto, el transporte de cantidad de movimiento y de calor por los remolinos en las capas límite turbulentas es análogo a la difusión molecular de cantidad de movimiento y de calor. Entonces, el esfuerzo cortante turbulento en la superficie y la transferencia turbulenta de calor se pueden expresar de manera análoga como:

y [pic 57][pic 58]

Donde se llama viscosidad turbulenta(o de los remolinos), la cual explica el transporte de cantidad de movimiento por parte de los remolinos del flujo turbulento, y se conoce como conductividad térmica turbulenta (o de los remolinos), la cual explica el transporte de energía térmica por los remolinos del flujo turbulento. Entonces el esfuerzo cortante total y el flujo total de calor se pueden expresar en forma conveniente como:[pic 59][pic 60]

[pic 61]

Y

[pic 62]

En donde es la viscosidad cinemática de los remolinos (o difusividad de la cantidad de movimiento de los remolinos) y es la difusividad térmica de los remolinos (o difusividad del calor de los remolinos). El movimiento de los remolinos y, por consiguiente, sus difusividades son mucho más grandes que sus contrapartes moleculares en la región central de una capa límite turbulenta. El movimiento de los remolinos pierde su intensidad cerca de la superficie y disminuye en ésta debido a la condición de no deslizamiento. Por lo tanto, los perfiles de velocidad y de temperatura están cambiando con mucha lentitud en la región central de una capa límite turbulenta, pero de manera muy pronunciada en la delgada capa adyacente a la superficie, lo que da como resultado gradientes grandes de velocidad y de temperatura en la superficie. De modo que no es sorprendente que el esfuerzo cortante en la superficie y el flujo de calor en ésta sean mucho más grandes en el flujo turbulento de cómo son en el flujo laminar (figura 4).[pic 63][pic 64]

[pic 65]

FIGURA 4

Nótese que las difusividades moleculares y (así como y ) son propiedades del fluido y sus valores se pueden hallar listados en los manuales sobre fluidos. No obstante, las difusividades de remolinos y (así como y ) no son propiedades del fluido y sus valores dependen de las condiciones del flujo. Las difusividades de remolinos y decrecen en la dirección hacia la superficie, volviéndose cero en ésta. Sus valores van desde cero en la superficie hasta varios miles de veces los valores de las difusividades moleculares en la región central.[pic 66][pic 67][pic 68][pic 69][pic 70][pic 71][pic 72][pic 73][pic 74][pic 75]

CONCLUSIONES:

- El movimiento de los remolinos pierde su intensidad cerca de la superficie y disminuye en ésta debido a la condición de no deslizamiento.

- Con un análisis correcto podremos determinar si el análisis es laminar o turbulento.

- Los flujos laminares se mueven de una manera ordenada mientras los turbulentos todo lo contrario es así como varían todas sus componentes.

RECOMENDACIONES:

- Es importante tener en cuenta las condiciones que se necesita para analizar dicho tema.

- Debido a la complejidad de este tema debemos basarnos en experimentos y en relaciones empíricas.

- Debemos tener en cuenta los mecanismos que se producen debido a las fluctuaciones.

BIBLIOGRAFIA

- YUNES A. CENGEL MICHAEL A. BONES, trasferencia de calor y masa , ISBN 966-7558-26-9 DISPONIBLE:

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