¿El flujo de un fluido viscoso en el espacio libre sin gradiente de presión es siempre laminar?

Considere un fluido viscoso incompresible (newtoniano) en tres dimensiones espaciales, cuyo campo de velocidad v = v ( X , y , z , t ) se mueve de acuerdo con las ecuaciones de Navier-Stokes

(1) v t + ( v ) v v Δ v = pag   , v = 0

dónde v es la viscosidad cinemática y pag es el campo de presión (escalar) que actúa sobre el fluido. Suponga que el gradiente de presión es siempre cero : pag = 0 en todas partes para todos los tiempos t 0 . Supongamos que el fluido está en el espacio libre (es decir, sin límites) y tenemos como condición inicial un campo de velocidad suave v ( X , y , z , 0 ) = v 0 ( X , y , z ) 0 que se desvanece fuera de una región limitada de R 3 .

Pregunta: ¿Es posible que el flujo desarrolle turbulencia en este caso?

Editar: como se discutió en los comentarios a la respuesta de sammy gerbil a continuación (a quien agradezco por ayudarme a hacer mi duda más precisa), mi expectativa en ausencia de un gradiente de presión y de fuerzas de arrastre límite (a diferencia, por ejemplo, en el flujo de Couette entre un estacionario placa y una paralela en movimiento) es que el término de disipación v Δ v domina el término de convección ( v ) v y el flujo de fluido debería comportarse como una especie de flujo de "calor", disipándose a lo largo del tiempo hasta que el fluido deje de moverse (quizás después de una cantidad infinita de tiempo); en particular, espero que el flujo permanezca laminar en todo momento t > 0 (de ahí el tono del título de la pregunta). Dicho de otra manera, la pregunta anterior se reduce a:

Pregunta (reformulada): ¿La parte lineal del lado izquierdo de (1) (que es esencialmente un operador de calor que actúa sobre v ) dominan bajo las hipótesis anteriores?

Si eso es realmente cierto, me gustaría ver un argumento matemáticamente preciso para esto, basado en las ecuaciones de Navier-Stokes. (1) .

Respuestas (1)

RESPUESTA ACTUALIZADA

Lo siento, interpreté tu pregunta de forma demasiado restringida.

El flujo de Couette ocurre sin un gradiente de presión, debido al arrastre viscoso de una superficie límite, y es laminar. Si la fuerza de arrastre aumenta, el flujo puede volverse turbulento.

Si un flujo inercial transitorio comienza laminar, creo que debe permanecer laminar a medida que se extingue, porque la velocidad del flujo disminuirá en todos los puntos. (No creo que el flujo pueda ser laminar en Re1, turbulento en Re2 y laminar nuevamente en Re3, donde Re1 < Re2 < Re3).

RESPUESTA ORIGINAL

Para un fluido viscoso, si no hay gradiente de presión, entonces no hay flujo.

Incluso si comienza con un campo de velocidad distinto de cero en t = 0 ? (por cierto, debería haber sido más preciso sobre las condiciones iniciales; lo arreglaré en la pregunta)
@PedroLauridsenRibeiro: Excluir el flujo de Couette deja la segunda opción en mi respuesta: flujo laminar transitorio. ¿ Crees que la turbulencia es posible? Si es así, explique por qué en su pregunta.
Con respecto al flujo de Couette, tiene una fuerza de arrastre externa en el límite, por lo que debería aparecer en las condiciones del límite. Supongamos ahora que el fluido está en el espacio libre (es decir, sin fronteras) y la condición inicial v0 desaparece fuera de una región limitada de R3 (por lo que no hay fuerzas de arrastre de frontera como en el flujo de Couette). ¿Todavía es posible tener turbulencia? Mi intuición sobre esta situación es que, en este caso, el flujo de fluido debería comportarse más como un flujo de "calor" y disiparse, como sugirió en su respuesta actualizada, pero me gustaría ver un argumento más preciso.
Editaré más mi pregunta para incluir mis expectativas anteriores, como sugirió.
@PedroLauridsenRibeiro: La energía cinética se disipa incluso en flujo laminar.
Esa es intuitivamente mi expectativa, pero mi duda es si el término de disipación (lineal) realmente domina el término de convección (no lineal) en este caso, ya que esta es una intuición "lineal" que proviene de la ecuación del calor. En particular, me gustaría ver un argumento matemáticamente riguroso para esto. Hice mi pregunta más precisa para expresar esta preocupación.