Los experimentos en el túnel de viento único del Instituto Max Planck para la Dinámica y la Autoorganización (MPI-DS) en Göttingen muestran que las leyes formuladas hace más de 80 años y sus extensiones solo explican de manera incompleta los flujos turbulentos.
Revolver una taza de café crea un flujo turbulento con vórtices grandes y muy pequeños. Los vórtices de diferentes tamaños se influyen entre sí transfiriendo energía de un vórtice más grande a uno más pequeño, hasta el vórtice más pequeño, que se disipa en el líquido debido a la fricción. Este concepto fue descrito por primera vez por el matemático Andrei Kolmogorov, quien estableció leyes generales de escala para flujos turbulentos en 1941. Usando estos y otros refinamientos, las simulaciones por computadora para flujos de ingeniería, pronósticos meteorológicos y modelos climáticos todavía se crean a partir de datos empíricos en la actualidad.
« Descubrimos que estas leyes de escala parecen aplicarse solo a flujos fuertemente idealizados », informa Christian Küchler, primer autor del estudio. Previamente, se había asumido que eran universalmente válidos. Incluso antes de eso, las mediciones en túneles de viento a niveles de turbulencia más bajos no pudieron confirmar las predicciones teóricas, pero generalmente se atribuían a que la fuerza de la turbulencia era demasiado baja. « En nuestro canal único, podemos usar gases a altas presiones y, por lo tanto, lograr grados de turbulencia extremadamente altos », dice el director de MPI-DS, Eberhard Bodenschatz, quien diseñó el canal para su investigación.
Al generar turbulencias selectivamente y usar una cuadrícula activa, desarrollada en MPI-DS por el coautor Greg Bewley de la Universidad de Cornell, los investigadores pudieron demostrar que las desviaciones sistemáticas de las predicciones de Kolmogorov ocurren incluso en las turbulencias más fuertes. Esto implica que los remolinos de tamaño mediano en flujos reales no están completamente desacoplados de los remolinos muy grandes en un sistema por transferencia de energía, como se sospecha desde 1941. Además, estos nuevos resultados son universales y no dependen de la fuerza de la turbulencia en el canal.
« Nuestro túnel de viento permite mediciones que de otro modo no serían posibles », dice Eberhard Bodenschatz, director de MPI-DS, al explicar la característica especial de las instalaciones de investigación. « Podemos comprender mejor cómo se comportan realmente los flujos turbulentos y desarrollar nuevos modelos sobre esta base », continúa. Por ejemplo, estos experimentos pueden contribuir a una mejor comprensión de la turbulencia en los flujos de ingeniería o la atmósfera. Allí, el efecto de la turbulencia es uno de los mayores factores de incertidumbre en los modelos climáticos y pronósticos meteorológicos modernos.