Large scales in a turbulent von Kármán swirling flow

Abstract

La turbulencia es un fenómeno que aparece en un sinfín de aplicaciones y procesos naturales, por lo que su completo entendimiento mejoraría de manera incalculable la eficacia en la utilización de la energía. Esta es la principal motivación en la realización de este trabajo, ya que el problema energético –que es considerado como un problema de prioridad mundial– necesita del trabajo conjunto de muchas áreas y esperamos que este trabajo pueda contribuir en esa dirección. El objetivo de esta tesis es estudiar la interacción de la Turbulencia y los movimientos lentos (grandes escalas) que se producen debido a este fenómeno. En esta investigación nos hemos planteado explicar si no las causas, por lo menos identificar los tipos de procesos que corresponden a las frecuencias lentas y escalas grandes que aparecen en la evolución del flujo considerado. Ya desde hace algunos años se había detectado la importancia de este tipo de movimientos en configuraciones similares, pero solo desde hace poco se ha tenido total certeza de su existencia. Por otra parte hemos centrado nuestra atención en caracterizar este flujo turbulento, con el objetivo de seguir aportando información para completar una sólida base sobre la fenomenología que aparece en este tipo de flujos en las escalas pequeñas y evoluciones temporales rápidas. Para esto hemos utilizando un sistema experimental cerrado, capaz de mantener estables los parámetros de control del sistema. Con el objetivo de minimizar las fuentes de fluctuaciones ajenas al experimento, el sistema que se utilizó fue manufacturado con maquinaria de control numérico, logrando que las simetrías del sistema se conserven en un alto grado. Para poder estudiar estos movimientos, hemos utilizado equipos de velocimetría no invasivos, basados en técnicas ópticas como la PIV (velocimetría por imágenes de partículas) y LDV (velocimetría láser Doppler). Ambas se basan en medir la velocidad de partículas imbuidas en el seno del fluido iluminadas con fuentes láser, y actualmente constituyen las herramientas más comunes para estudiar fluidos transparentes en movimiento. El análisis de los datos fue hecho casi en su totalidad mediante rutinas escritas en el lenguaje de programación de MatLab, algunas de estas escritas en nuestro laboratorio y otras de acceso libre desarrolladas por otros grupos de investigadores.