El decaimiento libre de flujos turbulentos rotantes - Teitelbaum, Tomás (2012)
En esta tesis se presenta un estudio detallado del decaimiento libre de flujos turbulentos rotantes tridimensionales (3D), y de flujos rotantes y estratificados en la aproximación cuasi-geostrófica de superficie, sometidos a distintas condiciones iniciales. En el caso de la turbulencia rotante 3D se usa la conocida cuasi- bidimensionalización para predecir los distintos decaimientos, proponiendo un método original que consiste en estudiar la energía presente en modos bidimensionales (2D) y 3D de manera independiente. Con el mismo fin, se introduce el uso de dos nuevas magnitudes conservadas anisótropas, relacionadas con el momento lineal y angular en la dirección paralela al eje de rotación. Los resultados indican que las leyes del decaimiento de la energía no son universales, dependiendo de la forma en que los flujos son excitados inicialmente. Las leyes de potencia observadas para el decaimiento son afectadas por las correlaciones en las escalas grandes, por la cantidad neta de helicidad presente inicialmente, por el grado inicial de anisotropía, y por la formación de estructuras coherentes. Para todos los casos estudiados se logra predecir las leyes de potencia observadas en las simulaciones mediante modelos fenomenológicos, conocidas las condiciones iniciales. Los flujos estratificados fuertemente rotantes se estudian utilizando la aproximación cuasi-geostrófica de superficie, derivada a partir de las ecuaciones de Navier-Stokes. Se presentan soluciones estadísticas de equilibrio para las ecuaciones ideales, verificando su validez en simulaciones numéricas. Las soluciones estadísticas del sistema ideal permiten predecir el sentido de la transferencia y cascadas de las dos magnitudes cuadráticas (la pseudoenergía y la pseudo-enstrofía) conservadas por el sistema. A partir de estos resultados se predice la tasa de decaimiento de la pseudo-enstrofía, teniendo en cuenta el efecto de las estructuras coherentes en el flujo. La predicción es verificada para número de Reynolds muy alto en simulaciones del sistema viscoso y en simulaciones ideales.