¿Es incorrecto asociar el flujo alto no isotrópico con el número de Reynolds y hay una mejor métrica?

A menudo se afirma que el flujo con alta Re no es isotrópico, lo que significa que no hay una dirección uniforme o dominante del flujo. Pero esto me parece incorrecto, aunque ciertamente hay casos en los que no se puede discernir una dirección de flujo dominante en situaciones altamente turbulentas, por ejemplo, el flujo a través de tuberías o a lo largo de un objeto que se mueve rápidamente donde claramente hay una fuerte anisotropía. Incluso un remolino en una taza de café agitada tiene una dirección de flujo fácilmente discernible localmente.

El número de Reynolds como tal me dice la relación entre las fuerzas inerciales y viscosas. ¿Hay algún número o métrica que me diga qué tan no isotrópico es un flujo?

Supongo que estás confundiendo los dos términos "isentrópico" e "isotrópico". "Isotrópico" significa independiente de la dirección, mientras que "isentrópico" significa que la entropía es constante (no hay procesos irreversibles que la aumenten).

Respuestas (1)

Todos los flujos (flujos Re altos o no) son no isotrópicos. El flujo es una respuesta a un no equilibrio y ocurre debido a un gradiente de alguna cantidad escalar que tiene una dirección preferida (porque un gradiente es un vector). Entonces, según esa nota, ¿se necesita un número de algún tipo para cuantificarlo?

Desde una perspectiva más profunda, los flujos de no equilibrio en sí mismos pueden estar asociados con alguna métrica similar a la entropía global que permite el estudio de la formación de patrones en la naturaleza, que podría ser aplicable a una amplia categoría de flujos, desde rollos de convección en la atmósfera hasta formación de cristales en sólidos Pero no está claro si existe uno --- un debate sobre la naturaleza del tiempo y la existencia de la flecha del tiempo en la termodinámica. Pero ese no es el propósito de esta pregunta.

El OP plantea algunas preguntas sobre la naturaleza isotrópica en la escala de Kolmogorov: La isotropía local en el flujo de número de Reynolds alto es la hipótesis de Kolmogorov. En la escala en la que prevalece la isotropía local --- la escala de Kolmogorov --- la energía cinética se disipa por la viscosidad en energía térmica. En esencia, la cantidad de movimiento en el paquete de fluido es equivalente al movimiento aleatorio de sus moléculas y, efectivamente, no hay flujo convectivo masivo. Además, el flujo es estadísticamente isotrópico. Toda la energía cinética en un flujo turbulento está en su gran escala donde el flujo no es isotrópico.

"Todos los flujos son no isotrópicos" depende del volumen en consideración: si observa un remolino o un torbellino, la dirección neta es prácticamente cero, como lo es, un ejemplo trivial, el flujo dentro de un contenedor cerrado si observa el contenedor completo . Low Re implica fuertes fuerzas viscosas que implican muchas partículas que se mueven en la misma dirección = no isotrópicas, ¡pero lo contrario no es cierto!
Sí, pero si encierra un flujo en un volumen tal que no puede "ver" una dirección neta, tampoco "verá" un flujo. La idea de observar algo en el volumen de control siempre se hace para ignorar los detalles del flujo en ese volumen de control, pero para estudiar lo que entra y lo que sale. Si luego está mirando los detalles de su remolino cerrado, está mirando efectivamente un volumen de control local que tiene un flujo direccional neto. Así que no puedes hacer preguntas en ambos sentidos.
continuación... Otra forma de pensar en esto es cómo escribirías una ecuación para ese flujo. Si escribe una ecuación local, verá tanto el flujo como la dirección. Si está escribiendo uno global, integre tanto los detalles del campo de flujo como la direccionalidad.
Pero puede tener condiciones con mucho movimiento y no "mucha dirección": wikipedia en.wikipedia.org/wiki/Turbulence describe la turbulencia como localmente isotrópica, pero ¿Re es una métrica para esta isotropía?
He editado mi respuesta para la pregunta que has planteado.