Estudio DNS de un problema de estratificación en la mesosfera

Abstract

[ES] La estratificación en la mesosfera es un problema intrínsicamente ligado al estudio de la mecánica de fluidos. El número de Richardson (Ri) es un indicativo de la ponderación de las fuerzas de flotabilidad sobre los esfuerzos de cizalladura del flujo. Determina si la energía potencial del fluido es capaz de absorber su energía cinética: en el caso de que así sea, el fluido se frenará y se organizará en estratos o capas ordenadas de menor a mayor densidad. En el caso contrario, el fluido vencerá la acción conjunta de la gravedad y la diferencia de densidad entre ambas placas, y formará un estrato isodenso que se mueve a mayor velocidad. Con el objetivo de analizar una región de la atmósfera, la mesosfera, caracterizada por un régimen turbulento altamente estratificado, se ha optado por realizar diversos estudios DNS a diferentes números Re y Ri, fijando el Prandtl a Pr = 0, 71 (valor del aire). Se analizarán los perfiles de velocidad y densidad, así como los flujos de calor y flotabilidad a través de un flujo de Couette estratificado. De esta forma, se participará en el esfuerzo de explicar la física que gobierna en esta región de la atmósfera, así como los fenómenos o causas que actúan como fuentes de energía turbulenta. El flujo de Couette viene definido como un flujo fluido confinado entre dos placas infinitas que poseen diferentes velocidades. Se resolverán las ecuaciones de Navier- Stokes para llegar a una solución del campo de velocidades. Se impone como condición de contorno para el campo de densidades que la densidad en cada pared es diferente. Esto simularía el comportamiento de la región atmosférica estudiada. El flujo se divide en dos regiones: la región cercana a la pared y la región central. La primera presenta gradientes elevados de velocidad y densidad medias y su estructura es similar a aquella no estratificada. Sin embargo, en la región central, los gradientes de velocidad y densidad son aproximadamente constantes, y la estructura del flujo es similar a la turbulencia homogéneamente estratificada. Si se incrementa la estratificación, se puede observar la formación de capas o estratos cada vez más finas.