A dinâmica das estruturas coerentes na região da parede de uma camada limite turbulenta

Modelamos a região da parede de uma camada limite turbulenta expandindo o campo instantâneo em chamadas funções próprias empíricas, conforme permitido pelo teorema da decomposição ortonormal apropriada (Lumley 1967, 1981). truncamos a representação para obter conjuntos de equações diferenciais ordinárias de baixa dimensão, a partir das equações de Navier–Stokes, via projeção de Galerkin. As funções próprias determinadas experimentalmente por Herzog (1986) são utilizadas; estas estão na forma de rolos ao longo do fluxo. Nossas equações de modelo representam o comportamento dinâmico desses rolos. Mostramos que essas equações exibem intermitência, que analisamos usando os métodos da teoria de sistemas dinâmicos, bem como um regime caótico. Argumentamos que esse comportamento captura aspectos importantes dos eventos de ejeção e explosão associados a pares de vórtices ao longo do fluxo que foram observados em trabalhos experimentais (Kline et al. 1967). Mostramos que, embora esse comportamento explosivo seja produzido de forma autônoma na região da parede, e a estrutura e duração das explosões sejam determinadas ali, o sinal de pressão da parte externa da camada limite aciona as explosões e determina sua frequência média. A análise e as conclusões apresentadas neste artigo parecem estar entre as primeiras a fornecer uma relação razoavelmente coerente entre dinâmicas caóticas de baixa dimensão e um sistema de fluxo turbulento aberto realista.