Ingeniare: Revista Chilena de Ingeniería (Aug 2011)
Turbulencia sintética tridimensional: escalamiento anómalo en el rango inercial y propiedades multifractales de la disipación Three-dimensional synthetic turbulence: anomalous scaling in the inertial range and multifractal properties of the dissipation
Abstract
Este trabajo presenta un análisis de las propiedades de escalamiento del método MMLM, utilizado para la construcción numérica de campos vectoriales turbulentos sintéticos tridimensionales. En particular, se estudian las propiedades de escala para las funciones de estructura del campo de velocidades, encontrándose que el MMLM conduce a un escalamiento del tipo Kolmogorov. Si el parámetro de mapeo, consistente en una escala de tiempo basada en la separación de nodos sobre la malla computacional, es modificado y asimilado al tiempo característico de evolución de los vórtices para cada escala espacial, se observa que el campo de turbulencia sintética presenta el escalamiento anómalo propio de los campos turbulentos reales, con muy buena concordancia respecto a los valores conocidos. Adicionalmente se estudian la intermitencia y naturaleza multifractal de la distribución de disipación de energía. Los resultados son también consecuentes con las observaciones en turbulencia real. El estudio arroja nueva luz sobre cuáles son los mínimos requerimientos dinámicos para obtener escalamiento anómalo en el rango inercial.This work presents an analysis of the scaling properties of the MMLM method, used for the numerical construction of three-dimensional turbulent vector fields. Specifically, the scaling properties for the velocity field structure functions are studied. It is found that MMLM gives scaling of Kolmorogov type. If the mapping parameter, which is given by a time scale based on node separation over the computational mesh, is modified and equated to the characteristic time for eddy evolution at each spatial scale, the synthetic turbulent field presents the characteristic anomalous scaling of real turbulent fields, with very good agreement with respect to the known values. In addition, we study the intermittency and multifractal nature of the energy dissipation distribution. Results are also consistent with observations in real turbulence. The study sheds new light over the minimal dynamical requirements to obtain anomalous scaling in the inertial range.
