¿Qué es la turbulencia y cómo ocurre?

La turbulencia del aire es muy parecida a las corrientes de un río.

Cuando una parcela o una corriente de aire se mueve de manera diferente al área que la rodea, se producen turbulencias a medida que se realiza la transición entre ellas.

Un ejemplo sería si estás afuera en un día ventoso pero te paras detrás de un árbol para "protegerte del viento". Si sale de detrás del árbol, sentirá una "sacudida" repentina cuando el viento lo golpee. Si es un viento especialmente fuerte, incluso podría hacerte perder el equilibrio por un segundo hasta que lo compenses. Bueno, estas corrientes de aire invisibles afectan a un avión de la misma manera.

Normalmente no es peligroso, y lo considero como conducir por una carretera llena de baches. Por supuesto, por lo general es aún más seguro en un avión porque, incluso si golpea un gran "bache", no tiene que preocuparse de que lo arroje fuera de la carretera hacia un árbol.

El movimiento real del aire puede ser causado por varias cosas:

• Viento golpeando algo (como un edificio o una montaña) y desplazándolo (como rocas en un río).
• El aire es calentado por el suelo, lo que hace que se eleve.
• Actividad meteorológica como frentes, tormentas eléctricas o corrientes en chorro.
• Un avión que se mueve por el aire causará su propia turbulencia (conocida como estela turbulenta ).

¿Qué es la turbulencia?

La turbulencia es

• aleatorio y estocástico

  Cada realización de un flujo turbulento es única y las fluctuaciones de velocidad son muy irregulares en el espacio y el tiempo.

• disipativo

  La turbulencia no puede mantenerse y decaerá en un flujo laminar sin aporte de energía del entorno (p. ej., cizalladura media en el campo de velocidad o flotabilidad). Reducir la viscosidad en un flujo no elimina la disipación, simplemente la mueve a escalas cada vez menores.

• difusivo

  Un escalar promediado en el tiempo transportado en un flujo turbulento tendrá una pluma más grande que la de un flujo laminar. Por ejemplo, si inyecta un tinte en un río que fluye suavemente y otro en un río que fluye turbulento, la pluma de tinte cubrirá un área más grande en el flujo turbulento.

• tridimensional

  La dinámica de vórtices en 3D juega un papel muy importante en la turbulencia y, en la mayoría de los casos, no se puede representar un flujo turbulento como un problema en 2D.

• que ocurre en una amplia gama de escalas

  Esta es quizás la distinción más importante. Cuando digo escala, me refiero a una longitud y velocidad características de un remolino o remolino. La turbulencia se produce a escalas mayores y transfiere su energía a escalas cada vez más pequeñas. En alguna escala (muy pequeña), la disipación comienza a ocurrir y la turbulencia decae. Una característica de un flujo turbulento es la energía en todas las escalas, lo que básicamente significa que hay remolinos de todos los tamaños y es la interacción entre todos estos remolinos lo que genera la turbulencia.

¿Cómo sucede?

La principal producción de turbulencia es a través de la producción mecánica y la producción flotante. La turbulencia ocurre porque se le inyecta energía a través de estos métodos de producción. La turbulencia decaerá por sí sola, pero no se detendrá hasta que cese la producción.

• La producción mecánica se puede imaginar como un flujo de corte, o como una interfaz de dos velocidades diferentes de aire. Esto también puede ser viento contra una pared o alrededor de algún objeto. El gradiente de velocidad en la periferia de la corriente en chorro es un flujo de corte, y la capa límite en la que vivimos es un entorno de corte la mayoría de los días.

• La producción boyante es a través de la flotabilidad. Las parcelas relativamente cálidas se elevan y esto se equilibra con el hundimiento y si sigue estas térmicas y el descenso entre ellas y entrecierra los ojos lo suficiente, puede imaginar remolinos en las escalas más grandes.

Ambos métodos ponen energía en turbulencia a gran escala. Para los flujos de la capa límite, esto puede ser del orden de un kilómetro o más, normalmente la altura de la capa límite. Estos grandes remolinos tendrán sus propias perturbaciones y estas perturbaciones más pequeñas son la próxima escala más pequeña. La energía cae en cascada hacia abajo hasta que los tamaños de los remolinos son lo suficientemente pequeños como para que la viscosidad domine las fuerzas de inercia y luego la energía se pierde por la turbulencia en forma de calentamiento. La superposición de estos remolinos en todas las escalas se asemeja a un revoltijo lleno de baches, y así es precisamente como experimentamos la turbulencia.