A constante de difusão turbulenta adimensional e a distância adimensional da parede do canal (0,01≤𝑥2/𝐻≤1) De acordo com DNS 𝑅𝑒𝜏=104 e modelo anisotrópico.
Mudanças na forma como modelamos a turbulência preparam o terreno para uma compreensão e previsão mais claras do comportamento dos fluidos em situações complexas. O professor emérito Bert Brewers desenvolveu um novo modelo de turbulência que se baseia em princípios estatísticos em vez de métodos empíricos tradicionais. Esta abordagem inovadora, publicada recentemente na revista Discovery, oferece avanços significativos na forma como os cientistas prevêem e simulam fluxos turbulentos.
Ao contrário dos modelos de turbulência mais antigos que dependiam de ajustes de tentativa e erro, o Modelo de Turbulência Anisotrópica do Dr. Brewers é construído sobre princípios fundamentais da física. “Ao usar regras universais em vez de suposições, este modelo torna mais fácil entender como a turbulência se comporta em diferentes situações”, explicou o Dr. Brewers. Este modelo simplifica os aspectos complexos do fluxo turbulento, como momento e energia, movimento e força transmitidos por partículas fluidas, transmitidos através de fluidos, e fornece uma representação mais precisa e direta.
Os cientistas testaram o modelo em simulações mais detalhadas do fluxo de fluidos, conhecidas como simulações numéricas diretas das equações de Navier Stokes (DNS), um método que captura todos os detalhes do movimento do fluido, e descobriram que suas previsões correspondiam de perto aos resultados da simulação. Os modelos comumente usados não possuem isso, o que muitas vezes falha em determinadas situações. Ao vincular diretamente o comportamento turbulento a fatores como velocidade e gradiente de fluxo, que descrevem a rapidez com que a velocidade e a direção de um fluido mudam, o novo modelo permite uma integração suave em programas de computador usados para estudos de dinâmica de fluidos.
Um dos avanços mais importantes é a substituição de parâmetros calibrados de forma personalizada, como taxas de difusão, a taxa de difusão de partículas em um fluido, em fórmulas universalmente aplicáveis derivadas de constantes físicas bem estabelecidas. O Dr. Brewers enfatizou: “Essa abordagem evita suposições e garante resultados consistentes em diferentes situações, tornando-a uma ferramenta muito confiável para engenheiros e pesquisadores”.
Os principais destaques da pesquisa são melhores previsões de como a energia é distribuída em fluxos turbulentos e insights sobre como as condições aleatórias no sistema de fluxo afetam a turbulência. O modelo tem aplicações práticas na compreensão da transferência de calor e matéria, descrevendo como o calor e substâncias como produtos químicos ou poluentes se movem através de fluidos em sistemas de engenharia. Isto beneficiará indústrias como a aeroespacial, a energia e a gestão ambiental.
Os especialistas avaliaram o modelo usando exemplos de fluido fluindo entre superfícies paralelas. As previsões para fatores como velocidades flutuantes, mudanças na velocidade e direção devido à turbulência, distribuição de energia e níveis de tensão correspondem de perto às observações de simulações avançadas. O que distingue este modelo é a sua estrutura matemática clara, que reduz o esforço computacional sem perder precisão.
As aplicações para este modelo de turbulência aprimorado vão além dos sistemas de engenharia. Os princípios globais por trás disso poderiam enfrentar desafios em áreas como modelos meteorológicos e modelagem climática, onde a turbulência desempenha um papel fundamental nas correntes oceânicas, observou o Dr. Brewers. “A adaptabilidade deste modelo torna-o um recurso valioso para resolver vários problemas na ciência e na indústria”, disse ele.
A comunidade científica mais ampla tem agora acesso a um modelo que não só proporciona melhor precisão, mas também elimina a necessidade de calibrações complexas e muitas vezes inconsistentes. Este trabalho estabelece uma base sólida para novos avanços na pesquisa de turbulência e abre as portas para novas possibilidades em inovação ambiental e tecnológica.
Nota de diário
Brewers, JJH, “Princípios Gerais de Turbulência Estatística Baseados no Modelo Anisotrópico k-ϵ.” Resultados, 2024. DOI: https://doi.org/10.3390/inventions9050095
Sobre o autor
Bert Cervejeiros era Nasceu em 1949 em Heer/Maastricht, Holanda. Ele recebeu seu mestrado em Engenharia Mecânica pela Universidade de Tecnologia de Eindhoven em 1972 (cum laude). Ele recebeu seu PhD pela Universidade de Twente em 1976. Orientadores: prof.dr.ir.L.van Wijngaarden e prof.dr.J.Los (Universidade de Amsterdã). Em 1972 começou como engenheiro de pesquisa no Laboratório de Ultra Centrífuga da UCN/Urenco em Amsterdã. Em 1974 ele se tornou chefe da Pesquisa de Separação de Isótopos. Em 1979 ingressou na Royal/Dutch Shell. No início foi líder de grupo de pesquisa oceanográfica no Laboratório de Pesquisa e Produção em Rijswij. Em 1983 mudou-se para Londres para se tornar membro da equipe de economia. Brewers passou da indústria para a academia em 1986, quando foi nomeado professor titular e chefe do Laboratório de Engenharia Térmica da Universidade de Twente. Em 1998 ele veio para a Universidade de Tecnologia de Eindhoven para estudar engenharia. Ele se aposentou da universidade em 2014 para continuar sua pesquisa em temas de mecânica clássica e desenvolver suas ideias em novas tecnologias. Os cervejeiros fizeram contribuições inovadoras para a ciência e a tecnologia. Ele é o único autor de mais de 25 artigos revisados por pares publicados em revistas de ciência e engenharia: Physics Review E, Physics D Nonlinear Phenomena, Theoretical and Mathematical Physics, Flow Turbulence and Combustion, Engineering, Engineering, Engineering Journal Nuclear Technology, Physics of Fluids, MDPI Journals Fluids, Separations, Mathematics, Innovations. Os cervejeiros patentearam métodos e inventaram dispositivos para separar partículas e gases usando os princípios de centrifugação, fluxo de fluido e difusão. O conhecimento e os direitos de propriedade intelectual são concedidos às empresas por ele estabelecidas. Em cooperação com empresas licenciadas, versões práticas de invenções são desenvolvidas e implementadas em todo o mundo. Brewers recebeu o prêmio Dow Chemical Energy em 1999. Ele teve consultoria de curto prazo para empresas e instituições. Ele supervisionou mais de 200 diplomas de engenharia e de engenharia avançada e mais de 40 doutorados concedidos na Universidade de Twente e na Universidade de Tecnologia de Eindhoven.
