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    Caratterizzazione di flussi complessi in sciami di bolle 2-D

    Credito:CC0 Dominio Pubblico

    Quando sciami di bolle vengono spinti verso l'alto attraverso un fluido dalla loro galleggiabilità, possono generare modelli di flusso complessi nella loro scia. Chiamato 'pseudo-turbolenza, ' questi modelli sono caratterizzati da una relazione matematica universale tra l'energia di flussi di diverse dimensioni, e la frequenza del loro verificarsi. Questa relazione è stata ora ampiamente osservata attraverso simulazioni 3D, ma è meno chiaro se sarebbe ancora valido per sciami di bolle 2-D. Attraverso una ricerca pubblicata in EPJ MI , Rashmi Ramadugu e colleghi del Centro TIFR per le scienze interdisciplinari di Hyderabad, India, mostrano che in fluidi simulati 2-D, questo modello cambia all'interno di flussi su larga scala in fluidi meno viscosi.

    Le scoperte del team riguardano una supervisione chiave nelle simulazioni fluidodinamiche, e potrebbe consentire ai ricercatori in aree dall'oceanografia all'acustica di migliorare le loro previsioni. Nel passato, molti studi sulla pseudo-turbolenza hanno scoperto che le proprietà statistiche degli sciami di bolle 3-D rimangono universali su un'ampia gamma di tensioni superficiali delle bolle, viscosità fluide, e rapporti di densità tra bolle e fluidi. Nei fluidi 2-D, però, un effetto chiamato "cascata di energia inversa" consente il trasferimento di energia da flussi di piccola e grande scala. Nel loro studio, Il team di Ramadugu mirava per la prima volta a indagare sulle implicazioni di questo meccanismo.

    I ricercatori hanno raggiunto i loro risultati attraverso un approccio di simulazione che tiene pienamente conto dei flussi turbolenti su tutte le scale nello spazio e nel tempo, eliminando la necessità per loro di approssimare eventuali comportamenti imprevedibili. Hanno scoperto che mentre la consueta relazione di pseudo-turbolenza si mantiene su scale più grandi all'interno di fluidi più viscosi; e su scale più piccole in fluidi meno viscosi, comportamenti diversi possono essere trovati in flussi su larga scala all'interno di fluidi più viscosi. Qui, Ramadugu e colleghi hanno scoperto che una cascata di energia inversa si verifica sulla scia dello sciame di bolle; così come una diversa relazione matematica tra l'energia del flusso e la frequenza rispetto a qualsiasi osservata in precedenza.


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