turbulência

Turbulência é um regime de escoamento caracterizado pela irregularidade temporal e espacial, com uma ampla gama de estruturas de vórtices que interagem de forma complexa. Nesse estado, a mistura entre fluidos ocorre de maneira intensa, as velocidades apresentam flutuações grandes e a energia cinética do fluxo é transferida entre diferentes escalas, até ser dissipada pela viscosidade em escalas muito pequenas. Em oposição ao escoamento laminar, a turbulência é difícil de prever e de controlar, apresentando comportamento caótico e grande variabilidade.

Um dos principais parâmetros que governam a turbulência é o número de Reynolds, que relaciona forças inerciais e viscosas. Em regimes com Reynolds suficientemente altos, instabilidades de cisalhamento levam ao aparecimento de estruturas turbulentas e à cascata de energia, na qual energia é transferida de grandes escalas para pequenas até ser dissipada.

A teoria moderna descreve a turbulência por meio de conceitos como o espectro de energia E(k) e a cascata de energia de grandes escalas para as pequenas, com a escala de Kolmogorov descrevendo o regime dissipativo. A turbulência pode ser isotrópica homogênea, turbulência de fronteira ou turbulência compressível, entre outras variantes, dependendo das condições de fluxo.

Medidas experimentais e numéricas utilizam apenas modelos para fechar as equações de Navier–Stokes. Técnicas como anemometria de fio quente e velocidade de partícula (PIV) obtêm dados, enquanto abordagens de modelagem incluem RANS, LES e DNS (a depender da resolução disponível).

Aplicações vão desde a aeronáutica, previsão do tempo e climatologia até processos de mistura e combustão em engenharia. Históricamente, a turbulência foi formalizada por Reynolds e, posteriormente, por Kolmogorov, que propôs uma descrição estatística da cascata de escalas.