Abstract

HERNANDEZ OLIVARES, A. O.  and  OCAMPO TORRES, F. J.. Sobre la disipación de energía cinética turbulenta asociada con olas que aún no rompen. Rev. mex. fis. [online]. 2022, vol.68, n.5, e50601.  Epub Feb 17, 2023. ISSN 0035-001X.  https://doi.org/10.31349/revmexfis.68.050601.

La disipación de energía cinética turbulenta es una magnitud esencial en el estudio de la turbulencia en fluidos. Particularmente, en la transferencia de la energía turbulenta desde grandes a pequeñas escalas y en la determinación de su estado de equilibrio y estacionalidad. Este trabajo, tiene el propósito de entender la turbulencia generada por olas que aún no rompen a partir del análisis de la disipación de energía cinética turbulenta. Diferentes grupos de olas monocromáticas con distinta pendiente ξ (0.012 ≤ ξ ≤ 0.273), se generaron mecánicamente en un laboratorio, donde mediante un dispositivo acústico (Vectrino Profiler, Nortek), se midieron y perfilaron las compones de las velocidades orbitales asociadas a olas que aún no rompen. A partir del subrango inercial identificado en los espectros de potencia de las componentes turbulentas u’(t, z) y w’(t, z), se cuantificó la tasa de disipación de energía cinética turbulenta ε u ’(z) y ε w ’(z), respectivamente. Se encontró que la magnitud de ε u ’(z) y ε w ’(z) aumenta conforme mayor ξ en las olas y que conforme mayor z, ε tiende a ser invariante ante rotaciones de eje (ε u ’(z) ≈ ε w ’(z)). Se identificó que la mayoría de los perfiles ε u ’(z)~ z n1 y ε w ’(z)~ z n2 , corresponden con una capa logarítmica atípica (n 1 , n 2 < -1) y que al aumentar ξ disminuye (aumenta) el valor del exponente n 1 (n 2). Por último, se introdujo un término de producción de turbulencia ε wave relativo a las velocidades orbitales en el movimiento de olas sin rompiente. A diferencia de otros términos de producción de turbulencia o aproximaciones, ε wave reproduce adecuadamente los valores de ε u ’(z) y ε w ’(z) independientemente de ξ, con lo que se establece que el corte en la vertical de las velocidades orbitales es el mecanismo generador de turbulencia en un fluido bajo olas que aún no rompen.

Keywords : Olas que aún no rompen; olas monocromáticas; tasa de disipación de energía cinética turbulenta; producción de turbulencia; capa logarítmica..

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